LIIKENNEVIRASTON TUTKIMUKSIA JA SELVITYKSIÄ EMILIA KÖYLIJÄRVI

14 2014 LIIKENNEVIRASTON TUTKIMUKSIA JA SELVITYKSIÄ EMILIA KÖYLIJÄRVI Vaahtolasimurskeen käyttö maa- ja pohjarakentamisessa

Emilia Köylijärvi Vaahtolasimurskeen käyttö maa- ja pohjarakentamisessa Liikenneviraston tutkimuksia ja selvityksiä 14/2014 Liikennevirasto Helsinki 2014

Kannen kuva: Emilia Köylijärvi ja Vaasan kaupunki, rakennuttaminen (oik) Verkkojulkaisu pdf (www.liikennevirasto.fi) ISSN-L 1798-6656 ISSN 1798-6664 ISBN 978-952-255-432-1 Liikennevirasto PL 33 00521 HELSINKI Puhelin 029 534 3000

3 Emilia Köylijärvi: Vaahtolasimurskeen käyttö maa- ja pohjarakentamisessa. Liikennevirasto, väylätekniikkaosasto, Helsinki 2014. Liikenneviraston tutkimuksia ja selvityksiä 14/2014. 90 sivua ja 25 liitesivua. ISSN-L 1798-6656, ISSN 1798-6664, ISBN 978-952-255-432-1. Avainsanat: Vaahtolasimurske, vaahtolasi, kierrätysmateriaalit, kevennysrakenne, routaeriste, taustatäyttö, tiivistys, kolmiaksiaalikoe Tiivistelmä Tämä diplomityö on tehty WSP Finland Oy:ssä yhteistyössä Liikenneviraston ja Uusioaines Oy:n kanssa. Vaahtolasimurske on huokoinen, kevyt ja karkearakeinen kierrätetystä lasista valmistettu materiaali. Vaahtolasimurske valmistetaan lasijauheesta ja lisäaineesta tunneliuunissa hitaasti kuumentamalla. Lopputuote on huokoinen, raekokojakaumaltaan 10 60 mm, kova murske, joka soveltuu kohteisiin, joissa vaaditaan materiaalilta kevyttä tilavuuspainoa ja hyviä lujuusominaisuuksia. Vaahtolasimurske on ympäristölle haitaton CE-merkitty rakennustuote, jonka haittaainepitoisuudet sekä liukenevuudet ovat tilavuuteen nähden pieniä. Vaahtolasimurskeen eristävyys on hyvä sen pienen lämmönjohtavuuden ansiosta. Vaahtolasimurske soveltuu kevennys-, eristys- ja taustatäyttömateriaaliksi moniin rakennuskohteisiin. Tässä työssä käsitellään vain maa- ja pohjarakennuskohteita. Vaahtolasimurskeella on hyvät lujuusominaisuudet sen suuren leikkauskestävyyskulman ansiosta. Vaahtolasimurskeen jännitys-muodonmuutoskäyttäytyminen kuitenkin vaihtelee vallitsevan jännitystilan mukaisesti. Näin ollen vaahtolasimurskeen leikkauskestävyydelle on syytä käyttää suunnittelussa vaihtelevia leikkauskestävyyden arvoja vastaavasti vallitsevan jännitystilan mukaisesti. Vaahtolasimurskerakenteen toimivuus taataan ohjeidenmukaisella tiivistyksellä. Erityisesti kertaalleen purettu ja uudelleen rakennettu rakenne on tärkeää tiivistää ohjeiden mukaisesti. Tässä työssä tehdyssä tiivistyskokeessa havaittiin, että tiivistyksen tiivistävä vaikutus ulottuu noin 60 cm syvyydelle tiivistettävän vaahtolasimurskekerroksen pinnasta. Vaahtolasimurske ei hienone merkittävästi tiivistystyön tuloksena. Oikealla tiivistämisellä vaahtolasimurskerakenteelle saavutetaan hyvä jäykkyys. Vaahtolasimurskerakenteen päältä saavutettava jäykkyys on suoraan verrattavissa tiivistysaikaan. Vaahtolasimurskeen käytössä on tärkeää noudattaa aina materiaalivalmistajan rakennusohjetta. Tämä julkaisu toimii taustatutkimuksena erillisille ohjeistuksille. Tätä julkaisua ei pidä käyttää suunnitteluohjeena.

4 Emilia Köylijärvi: Användning av skumglasgrus vid markbyggande och grundkonstruktioner. Trafikverket, infrastrukturteknik.helsingfors 2014. Trafikverkets undersökningar och utredningar 14/2014. 90 sidor och 25 bilagor. ISSN-L 1798-6656, ISSN 1798-6664, ISBN 978-952-255-432-1 Nyckelord: skumglas, packning, friktionsvinkel, bärighet Sammanfattning Detta diplomarbete har utförts hos WSP Finland Oy i samarbete med Trafikverket och Uusioaines Oy. Skumglasgrus är ett poröst, lätt och grovkornigt material som tillverkats av återvunnet glas. Skumglasgrus tillverkas av glaspulver och tilläggsämnen som långsamt värms upp i en tunnelugn. Slutprodukten är ett poröst, hårt grus med en kornstorleksfördelning på 10 60 mm och som lämpar sig för objekt där det av materialet krävs en lätt volymvikt och bra hållfasthetsegenskaper. Skumglasgrus är en CE-märkt byggnadsprodukt som inte medför olägenheter för miljön och där halten av skadliga ämnen och lösligheten i förhållande till volymen är liten. Skumglasgrusets isoleringsförmåga är bra på grund av dess låga värmeledningsförmåga. Skumglasgrus lämpar sig som lättnings-, isolerings- och fyllnadsmaterial i många byggnadsobjekt. I detta arbete behandlas endast objekt vid markbyggande och grundkonstruktion. Skumglasgrus har goda hållfasthetsegenskaper tack vare dess stora friktionsvinkel. Spännings-töjningsegenskaperna hos skumglasgrus varierar emellertid beroende på det rådande spänningstillståndet. Därför är det skäl att för skumglasgrusets skjuvstabilitet vid planeringen använda varierande värden för skjuvstabiliteten som motsvarar det rådande spänningstillståndet. Med en tätning enligt anvisningarna säkerställs att strukturen hos skumglasgruset fungerar. Det är viktigt att tätningen görs enligt anvisningarna i synnerhet i en konstruktion som en gång demonterats och byggts upp på nytt. Vid det tätningsprov som utfördes i detta arbete observerades att tätningens tätande inverkan sträcker sig till ett djup på cirka 60 cm från ytan av det skumglasgrusskikt som tätades. Skumglasgruset finfördelas inte märkbart till följd av tätningsarbetet. Med en rätt tätning uppnås en bra styvhet hos skumglasgrusstrukturen. Den styvhet som kan uppnås ovanpå skumglasgrusstrukturen är direkt jämförbar med tätningstiden. Vid användning av skumglasgrus är det viktigt att alltid följa materialtillverkarens bygganvisningar. Denna publikation fungerar som en bakgrundsundersökning för olika anvisningar. Denna publikation ska inte användas som en planeringsanvisning.

5 Emilia Köylijärvi: Foamed glass aggregate in infrastructure construction. Finnish Transport Agency, Infrastructure Technology. Helsinki 2014. Research reports of the Finnish Transport Agency 14/2014. 90 pages and 25 appendices. ISSN-L 1798-6656, ISSN 1798-6664, ISBN 978-952-255-432-1. Keywords: foamed glass aggregate, lightweight fill, compaction, load bearing capacity, angle of friction Summary This master s thesis has been made at WSP Finland Ltd in co-operation with Finnish Transport Agency and Uusioaines Ltd. Foamed glass aggregate is a lightweight aggregate that is produced from recycled glass. Recycled glass is being crushed into fine dust and then heated in a tunnel oven with an additive. During the heating glass melts and additive produces small bubbles inside the molten glass. The end product is a coarse grained and lightweight aggregate which can be used in several areas of civil engineering. Foamed glass aggregate works well as a lightweight embankment fill, background filling or as a drainage layer. Foamed glass aggregate has a low thermal conductivity and due to that it is a good insulation material. Foamed glass aggregate does not cause pollution to ground water. A compaction test was conducted on foamed glass aggregate. Tests showed that foamed glass aggregate does not show significant pulverization during compaction. Foamed glass aggregate should not be compacted in over 60 cm thick layers. Proper compaction ensures optimal load bearing capacity. Load bearing capacity is directly proportional to the compaction time. Foamed glass aggregate has a good angle of friction which is the main reason for its good load bearing capacity. The existing stress level affects the stress-strain behaviour of foamed glass aggregate. This is why different values of angle of friction should be used in different planning situations. It is highly important to always use manufacturers guidelines in foamed glass aggregate construction. This publication should not be used as a construction or planning guideline.

6 Esipuhe Tämä selvitys on tehty diplomityönä Tampereen teknilliselle yliopistolle. Työ on tehty WSP Finland Oy:ssä ja työn on rahoittanut Liikennevirasto ja Uusioaines Oy. Selvityksen sisältö vastaa diplomityötä lukuun ottamatta esimerkkilaskelmia (LIITE 1), joita on muutettu huomioimaan oikein Eurokoodien mukainen nostemitoitus. Selvityksessä esitetään lisäksi selvityksen perusteella päivitetyt vaahtolasimurskeen (VaM) tekniset ominaiset (LIITE 12) nämä tiedot siirretään ohjepäivitysten yhteydessä muihin Liikenneviraston ohjeisiin. Työn ohjaajana on toiminut dipl.ins. Panu Tolla Liikennevirastosta sekä dipl.ins. Jarmo Pekkala Uusioaines Oy:stä. Lisäksi ohjausryhmän toimintaan ovat osallistuneet dipl.ins. Jaakko Heikkilä Insinööritoimisto Arcus Oy:stä sekä dipl.ins. Erkki Mäkelä Liikennevirastosta. Työtä on valvonut professori Pauli Kolisoja Tampereen teknillisestä yliopistosta ja työn tuottajana on toiminut dipl.ins. Kari-Matti Malmivaara WSP Finland Oy:stä. Työn kokeelliset osuudet tehtiin Tampereen teknillisellä yliopistolla, missä tiivistyskokeesta vastasi DI Tapani Jäniskangas ja kolmiaksiaalikokeista DI Nuutti Vuorimies. Helsingissä tammikuussa 2015 Liikennevirasto

7 Sisällysluettelo MERKINNÄT... 9 1 JOHDANTO... 14 1.1 Tutkimuksen tausta... 14 1.2 Työn tavoitteet... 14 1.3 Aiheen rajaus... 15 1.4 Tutkimuksen toteutus... 15 2 VAAHTOLASIMURSKEEN VALMISTUS... 16 2.1 Yleistä... 16 2.2 Valmistusprosessi... 17 2.2.1 Lasinpuhdistus... 17 2.2.2 Kuivaus ja jauhatus... 17 2.2.3 Vaahdotus... 17 2.3 Ympäristönäkökohdat... 20 3 VAAHTOLASIMURSKEEN NYKYISET KÄYTTÖKOHTEET... 21 3.1 Yleistä... 21 3.2 Työmaatekniikka... 21 3.2.1 Kuljetus... 21 3.2.2 Levitys... 22 3.2.3 Tiivistys... 23 3.3 Kevennys... 24 3.3.1 Nostemitoitus... 27 3.4 Routaeriste... 28 3.5 Taustatäyttö... 30 3.6 Kuivatuskerros... 30 3.7 Jyrkkien luiskien täyttö... 31 4 VAAHTOLASIMURSKEEN OMINAISUUDET... 32 4.1 Vaahtolasimurskeiden ominaisuudet valmistajien antamien tietojen mukaisesti... 32 4.2 Perusominaisuudet... 34 4.2.1 Vaahtolasimurskeen tiheys... 34 4.2.2 Tiiviys... 37 4.2.3 Raemuoto ja -koko... 39 4.2.4 Murskautuvuus... 40 4.3 Lujuusominaisuudet... 41 4.3.1 Leikkauskestävyyskulma... 41 4.4 Muodonmuutosominaisuudet... 43 4.4.1 Yleistä... 43 4.4.2 Kimmomoduuli... 43 4.4.3 Resilient-moduuli... 44 4.4.4 Ödometri-moduuli... 45 4.4.5 Poissonin luku... 47 4.4.6 Pysyvät muodonmuutokset... 47 4.5 Lämpö- ja kosteustekniset ominaisuudet... 49 4.5.1 Kapillaarinen nousukorkeus... 49 4.5.2 Vedenimeytyminen... 50 4.5.3 Jäädytys-sulatuskestävyys... 51

8 4.5.4 Vedenläpäisevyys... 51 4.5.5 Lämmönjohtokyky... 51 4.6 Kemialliset ominaisuudet... 53 4.6.1 Yleistä... 53 4.6.2 Kokonaispitoisuudet... 53 4.6.3 Liukoisuus... 54 5 TUTKIMUSMENETELMÄT JA TULOKSET... 56 5.1 Kenttätutkimukset... 56 5.1.1 Kosteuspitoisuus... 56 5.2 Laboratoriotutkimukset... 57 5.2.1 Tiivistyskoe... 57 5.2.2 Staattiset kolmiaksiaalikokeet... 61 6 TULOSTEN TARKASTELU... 66 6.1 Tiiviys... 66 6.2 Kantavuus... 68 6.3 Hienoneminen... 70 6.4 Kosteuspitoisuus... 71 6.5 Lujuusominaisuudet... 72 6.5.1 Leikkauskestävyyskulma... 72 6.6 Muodonmuutosominaisuudet... 73 6.6.1 Poissonin luku... 73 6.6.2 Lepopainekerroin... 77 6.6.3 Kimmomoduuli... 78 7 YHTEENVETO SOVELTUVISTA KÄYTTÖKOHTEISTA JA JATKOTUTKIMUS- SUOSITUKSET... 82 8 YHTEENVETO... 84 KIRJALLISUUSLUETTELO... 85 STANDARDILUETTELO... 88 LIITTEET Liite 1 Liite 2 Liite 3 Liite 4 Liite 5 Liite 6 Liite 7 Liite 8 Liite 9 Liite 10 Liite 11 Liite 12 Laskuesimerkit Vaahtolasimurskeen tilavuus ja tiheys Muodonmuutosmoduulit Kosteuspitoisuuden määritys Vaahtolasimurskeelle tehtävän tiivistyskokeen periaate Tiivistyskoe, Näytteen rakentaminen Tiivistyskoe, Tärytys Tiivistyskoe, Pudotuspainolaitemittaus Tiivistyskoe, Näytteen purku Kolmiaksiaalikoenäytteiden mitat ja tiedot Rakeisuusmääritys Täydennys LO 5/2010 Kevennysrakenteiden suunnittelu

9 Merkinnät ai materiaalin vastaavuus eristävyyden kannalta verrattuna hiekkaan [-] c' koheesio [kn/m 2 ] d/d nimelliskoko, pienin raekoko (d) / suurin raekoko (D) E Odemarkin laskentamenettelyssä käytettävä muodonmuutosmoduuli [kpa] Ed avoimen tilan kimmomoduuli [MPa] F voima [kn] g putoamiskiihtyvyys [m/s 2 ] Gdst;d kaatavien pysyvien pystykuormien mitoitusarvo nostemitoituksessa [kn] Gstb;d vakauttavien pystysuorien kuormien mitoitusarvo nostemitoituksessa [kn] GW groundwater, pohjavedenpinta h materiaalikerroksen paksuus [m] hkev kevennyksen paksuus maanpinnan alapuolella, pohjavedenpinnan yläpuolella [m] hkev' kevennyksen paksuus pohjavedenpinnan alapuolella [m] hrak kevennyksen yläpuolisten rakennekerrosten paksuus [m] htä maanpinnan yläpuolisen kevennystäytön paksuus [m] h Δ w pohjavedenpinnan alenema [m] K0 lepopainekerroin [-] m massa [kg] M kokoonpuristuvuusmoduuli [MPa] Mr resilient-moduuli (jäykkyysmoduuli) [MPa] p' keskimääräinen pääjännitys [kpa] q deviatorinen jännitys [kpa] q kokonaislämpövuo [W/m 2 ] q materiaalikerroksen aiheuttama jännitys [kn/m 2 ] Qdst;d kaatavien muuttuvien pystykuormien mitoitusarvo nostemitoituksessa [kn] qkaiv.maa pois kaivetun maan aiheuttama jännitys [kn/m 2 ] qkev.kost keventeen aiheuttama jännitys maanpinnan alapuolella [kn/m 2 ] qkev.kuiv keventeen aiheuttama jännitys maanpinnan yläpuolella [kn/m 2 ] qkev.sat' keventeen aiheuttama jännitys pohjavedenpinnan alapuolella [kn/m 2 ] qpc olomuodon muutosten aiheuttama lämpövuo [W/m 2 ] qrak kevennyksen yläpuolisten rakennekerrosten aiheuttama jännitys [kn/m 2 ] qw pohjavedenpinnan aleneman aiheuttama jännitys [kn/m 2 ] r korrelaatiokerroin [-] Rd lisäkestävyyden mitoitusarvo [kn] T lämpötila [K] TSV tasausviiva Unoste nosteen aiheuttama voima [kn/m 3 ] V tilavuus [m 3 ] Vdst;d kaatavien pysyvien ja muuttuvien pystysuorien kuormien yhdistelmän mitoitusarvo nostemitoituksessa [kn] γ materiaalikerroksen tilavuuspaino [kn/m 3 ] γkev.kost kevennysmateriaalin tilavuuspaino maanpinnan alapuolella, pohjavedenpinnan yläpuolella [kn/m 3 ] γkev.kuiv kevennysmateriaalin tilavuuspaino maanpinnan yläpuolella [kn/m 3 ] γkev.sat' vedellä kyllästyneen kevennysmateriaalin tilavuuspaino pohjavedenpinnan alapuolella [kn/m 3 ] γmaa maan tilavuuspaino [kn/m 3 ]

10 γmaa' maan tehokas tilavuuspaino pohjavedenpinnan alapuolella [kn/m 3 ] γrak kevennyksen yläpuolisten rakennekerrosten tilavuuspaino [kn/m 3 ] ε 1 aksiaalinen muodonmuutos [%] ε 3 vaakasuuntainen muodonmuutos [%] λ * kostean materiaalin lämmönjohtavuuden arvo [W/mK] ν Poissonin luku [-] ρ tiheys [kg/m 3 ] σ 1 suurin pääjännitys [kpa] σ 3 pienin pääjännitys [kpa] τ leikkausjännitys [kn/m 2 ] φ leikkauskestävyyskulma, luonnollinen kaatumiskulma [ ]

11 Lyhenteet BISAR CE-merkintä CUAP E-moduuli ETA ICP-MS LVM läjäkulma Bitumen Structures in Roads, tietokoneohjelma, joka laskee jännityksiä ja muodonmuutoksia kerrosrakenteessa ransk. Conformité Européene; valmistajan ilmoitus siitä, että tuote täyttää sitä koskevat Euroopan unionin vaatimukset Common Understanding Assessment Procedure, yhteisymmärrykseen perustuva arviointimenettely standardeista poikkeavista tutkimusmenetelmistä ETA hyväksyntää varten Odemarkin laskentamenettelyssä käytettävä muodonmuutosmoduuli [kpa] European Technical Approval, Eurooppalainen tekninen hyväksyntä massaspektrometri (Inductively coupled plasma mass spectrometry) Liikenne- ja viestintäministeriö materiaalin luonnollinen kaatumiskulma kasalle läjitettäessä murskautuvuus murskautumiskestävyys puristusvoimaa vastaan (crushing resistance) NBI NCCI 7 NPRA ph PIMA PIMA-asetus RIL SGI TTY VNp XPS XRF Norwegian Building Research Institute = SINTEF = Byggforsk, Norjan rakennustutkimuskeskus Liikenneviraston eurokoodin soveltamisohje Geotekninen suunnittelu Norwegian public road administration, sittemmin Statens vegvesen, Norjan tiehallinto happamuusaste, vetyionien aktiivisuuden negatiivinen logaritmi pilaantuneet maat Valtioneuvoston asetus maaperän pilaantuneisuuden ja puhdistustarpeen arvioinnista (214/2007). Suomen Rakennusinsinöörien liitto RIL ry Statens geotekniska institut, Ruotsin geoteknillinen instituutti Tampereen teknillinen yliopisto valtioneuvoston päätös suulakepuristettu polystyreeni röntgenfluoresenssi

12 Taulukot Taulukko 1. Taulukko 2. Taulukko 3. Taulukko 4. Taulukko 5. Taulukko 6. Taulukko 7. Taulukko 8. Taulukko 9. Taulukko 10. Taulukko 11. Taulukko 12. Taulukko 13. Taulukko 14. Taulukko 15. Taulukko 16. Taulukko 17. Taulukko 18. Taulukko 19. Taulukko 20. Taulukko 21. Vaahtolasimurskerakenteen lämmöneristävyyden vastaavuus verrattuna luonnon maa- ja kiviaineksiin suuntaa-antavilla kerrospaksuuksilla (Uusioaines Oy 2012)... 29 Suomalaisen Foamit-vaahtolasimurskeen teknisiä ominaisuuksia (Uusioaines Oy 2012)... 32 Norjassa ja Ruotsissa valmistettavan HASOPOR-vaahtolasimurskeen materiaaliominaisuudet. (Eriksson & Hägglund 2008)... 33 Norjassa valmistettavan Glasopor vaahtolasimurskeen materiaaliominaisuudet (Norsk Glassjenvinning AS)... 33 Glasopor- ja HASOPOR-vaahtolasimurskeiden tiheydet kuivalle ja kostealle materiaalille eri tiivistymiskertoimilla. (Byggforsk 2005 b; Sintef 2010)... 36 Kenttätutkimustulokset HASOPOR-vaahtolasimurskeelle tierakenteessa Norjassa (Aabøe et al. 2005 a; Aabøe & Øiseth 2005)... 37 Havaitut muodonmuutokset vaahtolasimursketäytöissä Norjassa (Aabøe et al. 2005 a)... 38 Foamit vaahtolasimurskeen murskautuvuuden arvot (Uusioaines Oy 2012)... 40 HASOPOR- ja Glasopor-vaahtolasimurskeiden murskautuvuuden arvot (Byggforsk 2005 b; Sintef 2010)... 41 HASOPOR Light-vaahtolasimurskeen suunnittelussa sovellettavat leikkauskestävyyskulman arvot kohteen jännitystilasta riippuen kolmiaksiaalikokeiden perusteella (Statens vegvesen 2012)... 42 Foamit-vaahtolasimurskeen resilient-moduuli (Mr) (Uusioaines Oy 2012)... 44 HASOPOR- ja Glasopor-vaahtolasimurskeiden resilient-moduuli (Mr) (Byggforsk 2005 b; Sintef 2010)... 44 HASOPOR- ja Glasopor-vaahtolasimurskeiden ödometrimoduulit (Byggforsk 2005 b; Sintef 2010)... 46 HASOPOR-vaahtolasimurskeen pysyvät muodonmuutokset staattisessa kuormituksessa eri jännitystasoilla (Byggforsk 2005 b)... 48 Glasopor-vaahtolasimurskeen pysyvät muodonmuutokset staattisessa kuormituksessa eri jännitystasoilla (Sintef 2010)... 48 HASOPOR- ja Glasopor-vaahtolasimurskeiden kapillaariset nousukorkeudet (Byggforsk 2005 b; Sintef 2010)... 50 Vedenimeytyminen Foamit-vaahtolasimurskeeseen, kun näyte on vesiupotuksessa (Uusioaines Oy 2012)... 50 Vedenimeytyminen Glasopor- ja HASOPOR-vaahtolasimurskeisiin, kun näyte on vesiupotuksessa (Byggforsk 2005 b; Sintef 2010)... 51 Foamit-vaahtolasimurskeen lämmönjohtavuuden arvot (Uusioaines Oy 2012)... 52 Glasopor- ja HASOPOR-vaahtolasimurskeiden lämmönjohtavuuden arvot (Skogstad et al. 2005; Byggforsk 2005 b; Eriksson & Hägglund 2008; Sintef 2010)... 52 Glasopor-, HASOPOR- ja Foamit-vaahtolasimurskeissa esiintyvien tiettyjen alkuaineiden kokonaispitoisuudet ja viitearvot (Byggforsk 2005; Petkovic et al. 2006; VNa 591/2006; VNa 214/2007; Sintef 2010; Ramboll 2013)... 54

13 Taulukko 22. Glasopor-, HASOPOR- ja Foamit-vaahtolasimurskeissa esiintyvien tiettyjen alkuaineiden liukoisuudet 2- vaiheisessa ravistelutestissä ja viitearvot (Byggforsk 2005 b; VNa 591/2006; Sintef 2010; Ramboll 2013)... 55 Taulukko 23. Pudotuspainolaitemittausten E2-moduuliarvojen kierroskohtaiset kolmen mittauspisteen keskiarvot, täysi mittausdata liitteessä 8... 60 Taulukko 24. Tiivistyskokeen tulokset. Kerrosjärjestys esitetty kuvassa 25.... 61 Taulukko 25. Kolmiaksiaalikoenäytteiden tiheydet, kosteuspitoisuudet ja mitat ennen koetta ja kokeen jälkeen... 65 Taulukko 26. Leikkausjännityksen ja kitkakulman arvot kolmiaksiaalikokeessa eri sellipaineissa ja muodonmuutostasoilla... 73 Taulukko 27. Vaahtolasimurskeen kolmiaksiaalikokeissa eri sellipaineissa toteutuneet muodonmuutokset ja niitä vastaavat Poissonin luvun arvot sekä niistä johdetut lepopainekertoimen (K0) arvot... 74 Taulukko 28. Vaahtolasimurskeen avoimen tilan kimmomoduulit (Ed) kolmiaksiaalikokeissa eri sellipaineissa... 80

14 1 Johdanto 1.1 Tutkimuksen tausta Vaahtolasimurske on kierrätetystä lasijätteestä valmistettu huokoinen kevytkiviaines. Vaahtolasimurskeen käyttö vähentää neitseellisten raaka-aineiden käyttöä maarakentamisessa ja tarjoaa vaihtoehdon eriste- ja kevennysrakentamiseen. Vaahtolasimurskeen tuotannossa pystytään hyödyntämään myös kierrätyslasia, joka ei keraamisten epäpuhtauksien tai muiden laadullisten seikkojen takia soveltuisi lasiteollisuuden perinteisiin jatkojalostustapoihin. Euroopassa on valmistettu lasijätteestä kierrättämällä vaahtolasimursketta 1980- luvulta saakka. Alkuun vaahtolasimurskeen käyttö keskittyi lähinnä saksankielisiin maihin. Pohjoismaiden ensimmäinen tuotantolaitos avattiin 90-luvulla Norjassa. Suomessa vaahtolasimurskeen valmistus aloitettiin vuonna 2011. Vaahtolasimursketta käytetään maailmanlaajuisesti eristeenä niin talo- kuin maa- ja pohjarakentamisessa. Vaahtolasimurske on suosittu materiaali niin keventeenä, routaeristeenä, lämmöneristeenä, kapillaarikatkona kuin kuivatuskerroksen materiaalinakin, mutta yleensä vaahtolasimurske toimii maarakenteessa useammassa kuin yhdessä edellä mainituista käyttötarkoituksista. Tällä hetkellä vaahtolasimurskeen käyttö Suomessa pohjautuu materiaalivalmistajan omaan suunnitteluohjeeseen. Muissa Pohjoismaissa vaahtolasimurskeen käytöstä on paljon hyviä kokemuksia monissa erilaisissa pohjarakennuskohteissa, erityisesti väylärakentamisessa. Tässä diplomityössä perehdytään tarkemmin Pohjoismaissa tutkittuihin vaahtolasimurskeen ominaisuuksiin sekä vaahtolasimurskeella toteutettuihin pohjarakennussovelluksiin. Lisäksi työssä täydennetään suomalaisen vaahtolasimurskeen ominaisuuksien tutkimusta ja esitellään lopuksi vaahtolasimurskeelle soveltuvat maa- ja pohjarakennuskäyttökohteet Suomessa. 1.2 Työn tavoitteet Työn tavoitteena on tarkentaa vaahtolasimurskerakenteiden suunnittelussa käytettäviä mitoitusparametreja. Tutkimuksen pääpaino on vaahtolasimurskeen tiiviystilan tutkimuksessa sekä vaahtolasimurskeen lujuus- ja muodonmuutosominaisuuksissa. Erityisesti tutkimuksella tarkennetaan vaahtolasimurskeen maanpainerakenteissa vaikuttavia ominaisuuksia. Työtä tehdään tiiviissä yhteistyössä suomalaisen materiaalivalmistajan Uusioaines Oy:n sekä Liikenneviraston kanssa. Työ tehdään taustaselvityksenä tulevia erillisiä ohjeistuksia varten. Tätä julkaisua ei pidä käyttää suunnitteluohjeena. Työssä hyödynnetään alan kirjallisuuden lisäksi Uusioaines Oy:n tutkimuksia vaahtolasimurskeen ominaisuuksista ja kokemuksia vaahtolasimurskeen käyttökohteista. Työn tavoitteena on arvioida vaahtolasimurskeen soveltuvuutta erityisesti rautatie- ja maanpainerakenteisiin.

15 1.3 Aiheen rajaus Tämä työ käsittelee kierrätetystä lasista kuivavaahdotusmenetelmällä valmistettua vaahtolasimursketta. Tässä työssä ei käsitellä levymäisiä vaahdotettuja solulasituotteita. Vaikka vaahtolasimurske on suosittu eristemateriaali myös talonrakentamisessa, keskitytään tässä työssä vain vaahtolasimurskeen käyttökohteisiin infra- ja väylärakentamisessa. Erityisesti tutkimuksessa aihe rajataan vaahtolasimurskeen mekaanisiin ominaisuuksiin. Referenssinä käytetään lähinnä muita Pohjoismaita, joissa luonnonolot ja pohjaolosuhteet vastaavat suomalaisia olosuhteita. Työssä tarkastellaan kriittisesti Suomeen soveltuvia vaahtolasimurskeen käyttökohteita. 1.4 Tutkimuksen toteutus Työ aloitetaan kirjallisuustutkimuksella, jolla selvitetään tarkemmin vaahtolasimurskeen jo tutkittuja ominaisuuksia ja käyttökohteita sekä yksilöidään jatkotutkimusta vaativat materiaalitiedot. Lähteenä käytetään kirjastoista löytyvää painettua kirjallisuutta sekä sähköisenä löytyvää aineistoa. Näillä tarkoitetaan lehtiartikkeleita, tutkimusartikkeleita, suunnitteluohjeita ja muuta alan kirjallisuutta. Nämä lähtötiedot ovat lähtökohtana kokeelliselle osuudelle, jonka tavoitteena on täydentää puutteellisia materiaalitietoja. Kokeellisen osuuden tutkimukset ja mittaukset tehdään Tampereen teknillisen yliopiston rakennustekniikan koehallissa sekä soveltuvissa kenttäkohteissa. Laboratoriotutkimusten perusteella tarkennetaan vaahtolasimurskeen mitoitusparametreja. Lopuksi työssä esitellään maa- ja pohjarakentamiseen liittyviä käyttökohteita, joihin vaahtolasimurske soveltuu erityisen hyvin.

16 2 Vaahtolasimurskeen valmistus 2.1 Yleistä Suomen kaikesta pakkauslasijätteestä noin 88 % päätyy keräyslasiksi (PYR Oy 2011). Lisäksi lasijätettä kertyy tasolasina ikkunoiden ja auton tuulilasien muodossa. Suurin osa lasista kierrätetään uudelleen pakkauslasiksi tai hyödynnetään lasivillateollisuudessa. Vaahtolasimurskeen valmistukseen voidaan hyödyntää puhtaan lasijätteen lisäksi lasijäte, joka ei sovellu muuhun jatkokäyttöön epäpuhtauksien tai keraamien takia. (Ritola & Vares 2008) Norjassa sittemmin jo suljetulla HASOPORin tehtaalla hyödynnettiin erityisesti loisteputkista ja kuvaputkista syntyvä lasijäte, joka ei elohopea- tai muun raskasmetallipitoisuutensa takia soveltunut perinteisiin jatkojalostustapoihin. Vaahtolasimurskeen valmistuksessa pystyttiin poistamaan täysin raskasmetallikomponentit sekä muut ympäristölle haitalliset aineet. (Aabøe et al. 2005 a; Ritola & Vares 2008) Euroopan ensimmäinen vaahtolasimursketta valmistava tehdas on perustettu Sveitsiin vuonna 1982 (Misapor AG 2013). Suomessa vaahtolasimursketta valmistaa Uusioaines Oy Forssassa lasinpuhdistuslaitoksen yhteydessä olevalla vaahtolasimursketehtaalla. Uusioaines Oy valmistaa vaahtolasimursketta tuotemerkillä Foamit. Foamit-vaahtolasimurskeen valmistus on aloitettu talvella 2011. Foamit-vaahtolasimurske on CE-merkitty rakennustuote, joten sen käyttö rakennuskohteissa ei edellytä ympäristölupaa. (Uusioaines Oy 2012) Norjassa ja Ruotsissa vaahtolasimursketta on käytetty vuodesta 1988 lähtien ja oma vaahtolasimursketuotanto alkoi Norjassa vuonna 1999. Norjassa vaahtolasimursketta tuottaa Norjan lasinkeräysosakeyhtiö, Norsk Glassgjenvinning AS, tuotenimellä Glasopor. Glasopor on CE-merkitty rakennustuote, jolla on Eurooppalainen tekninen hyväksyntä, European Technical Approval (ETA). Glasopor-vaahtolasimursketta tuotetaan Glasitt AS:n tehtaalla Skjåkin kunnassa, noin 350 km Oslosta pohjoiseen. (Sintef 2010) Ruotsissa vaahtolasimursketta tuotetaan tuotenimellä HASOPOR Hammar AB:n tehtaalla Hammarissa. Myös HASOPOR on CE-merkitty rakennustuote. Kaikki edellä mainitut vaahtolasimursketuotteet valmistetaan kuivavaahdotusmenetelmällä, kuten Sveitsissä patentoitu Misapor-vaahtolasimurske. (Skogstad et al. 2005; Zegowitz 2010; Uusioaines Oy 2012) Vaahtolasimurskeen lopullisiin ominaisuuksiin vaikuttaa valmistusvaiheessa käytetyn lasin laatu, uunin lämpötila, kuljetushihnan nopeus sekä lisäaineen ominaisuudet ja määrä. Näin ollen eri tuotemerkeillä valmistettavien vaahtolasimurskeiden ominaisuudet vaihtelevat, joten eri tuotemerkkien vaahtolasimurskeita ei voi suoraan käyttää korvaamaan toisiaan. Vuodesta 1998 Norjan tielaitos, Statens vegvesen, on käyttänyt vaahtolasimursketta ensin lämmöneristeenä ja myöhemmin keventeenä. Vuodesta 2000 alkaen Norjassa on aktiivisesti tutkittu ja seurattu vaahtolasimurskeen käyttöä tierakenteissa kansallisen kierrätysprojektin yhteydessä. (Statens vegvesen 2012)

17 2.2 Valmistusprosessi 2.2.1 Lasinpuhdistus Uusioaines Oy:llä on käytössään Suomen ainoa lasijätteen puhdistuslaitos. Uusioaines Oy käsittelee vuodessa noin 90 000 tonnia lasia ja puhdistuslaitoksen kapasiteetti riittää jopa 120 000 tonnin käsittelyyn vuodessa. Lasinpuhdistuslaitoksessa lasijäte käy läpi monipuolisen puhdistusprosessin, joka jakaantuu alun karkeampaan erotteluun ja toiseen tarkempaan erotteluvaiheeseen. Puhdistuksen aikana hyödynnetään niin magneetti-, tuuli-, röntgen kuin värierottelua, joiden aikana lasimurska jaotellaan eri värilajien mukaan ja lasijätteen joukossa oleva metalli, muovi ja paperijäte eritellään omiksi jakeikseen. Kaikki kierrätykseen soveltuvat jätelajit toimitetaan kierrätysketjussa eteenpäin. Kaikesta Uusioaines Oy:lle toimitetusta lasijätteestä vain 1 2 % päätyy kaatopaikalle ilman uudelleenkäyttömahdollisuutta. (Pekkala 2013 b) Vaahtolasimurskeen valmistukseen voidaan hyödyntää lasimurska, joka ei sovellu lasivillan tai uusiolasin valmistukseen keraamisten epäpuhtauksien vuoksi. Yleisimmät ongelmat lasin uudelleenkäytössä ovat lasijätteen joukossa olevat lämpölasi ja keramiikka, jotka tavallisesta lasista poikkeavien sulamisominaisuuksiensa vuoksi voivat tukkia perinteiset tuotantolinjastot. Tämä ei kuitenkaan aiheuta ongelmia vaahtolasimurskeen valmistusmenetelmässä, kun lasimurska jauhetaan hienoksi jauheeksi ja epäpuhtaudet jakautuvat tasaisesti jauheen joukkoon. Myös lasinkierrätyksessä syntyvä alle 6 mm hienoaines, jonka puhdistaminen ei ole taloudellista voidaan hyödyntää vaahtolasimurskeen valmistuksessa. (Pekkala 2013 b) 2.2.2 Kuivaus ja jauhatus Lasinpuhdistamolta saapuva lasinsiru kuivatetaan kuivaamolla, ja välivarastoinnin kautta kuivatettu lasinsiru syötetään esimurskaukseen. Esimurskauksen jälkeen lasimurska seulotaan vielä mahdollisten epäpuhtauksien varalta. Tässä vaiheessa lasimurskasta poistetaan viimeisetkin metallijäämät, paperi ja muovi. Jauhatus tapahtuu sähkökäyttöisellä kuulamyllyllä, joka jauhaa puhtaan ja kuivan lasirakeen alle 0,1 mm lasijauheeksi. Myllyssä on noin 9 tonnia teräskuulia jauhamassa lasimursketta. Jauhatus tapahtuu jatkuvana prosessina, missä valmis lasijauhe poistuu myllystä paineilman avulla. Valmis lasijauhe varastoidaan siiloissa. (Pekkala 2013 b) 2.2.3 Vaahdotus Siilosta lasijauhe siirtyy paineilman avulla vaahdotukseen. Uusioaines Oy:n tehtaalla vaahtolasimurskeen vaahdotusagentiksi lisätään piikarbidia. Lisäaine ja lasijauhe punnitaan ja sekoitetaan, minkä jälkeen lasijauhe-piikarbidiseos annostellaan kostutetulle lasikuitumatolle. Kuvassa 1 on esitetty lasikuitumatolle annosteltu lasijauhepiikarbidiseos. Lasikuitumattoa kuljettaa teräsviira, joka kulkee tunneliuunin läpi noin tunnissa. Uunissa lämpötila on 900 C, mikä saa lasijauheen sulamaan lasimassaksi ja vaahdotusagentin aktivoitumaan. Vaahdotusagentti tuottaa sulan lasimassan sisälle pieniä ilmakuplia, jotka muodostavat vaahtolasimurskeelle ominaisen huokosrakenteen. (Pekkala 2013 b) Jokainen ilmakupla on ohuen läpäisemättömän lasiseinämän ympäröimä (Aabøe & Øiseth 2005).

18 Kuva 1. Teräsviira, lasikuitumatto ja vaahtolasijauhe ennen kuumennusta Uusioaines Oy:n tehtaalla 5.4.2013 (Emilia Köylijärvi 2013) Tunneliuunin toisesta päästä tulee ulos viiranlevyinen ja noin 6 cm paksuinen, tasainen vaahtolasilaatta, joka on esitetty kuvassa 2. Vaahtolasilevy jäähtyy hitaasti, jolloin lämpötilajännitykset pirstovat vaahtolasin levystä murskeeksi. Koska pirstoutuminen tapahtuu luonnonmukaisesti, joukkoon voi jäädä normaalia suurempiakin kappaleita. Kuvassa 3 on jäähdytyshuoneessa rikkoutuvaa vaahtolasimursketta. Tasaisemman rakeisuuden takaamiseksi vaahtolasimurske voidaan vielä murskata murskaimella. Uusioaines Oy:llä on mahdollisuus erotella murskaimelta viisi eri raekoon lajitetta. (Pekkala 2013 b) Kuva 2. Uunista tuleva vaahtolasilaatta Uusioaines Oy:n tehtaalla 5.4.2013 (Emilia Köylijärvi 2013)

19 Kuva 3. Vaahtolasimurske jäähtymishuoneessa Uusioaines Oy:n tehtaalla 5.4.2013 (Emilia Köylijärvi 2013) Mikäli vaahtolasimurske murskataan ja seulotaan, siitä poistetaan alle 4 mm hienoaines. Kuvassa 4 on murskattua ja seulottua valmista vaahtolasimursketta Uusioaines Oy:n tehtaalta. Vuonna 2012 Uusioaines Oy on myynyt 90 000 m 3 vaahtolasimursketta, vaikka tuotantolaitoksen kapasiteetti riittäisi jopa 150 000 m 3 valmistukseen vuodessa. (Pekkala 2013 b) Kuva 4. Valmis Foamit-vaahtolasimurske Uusioaines Oy:n tehtaalla 5.4.2013 (Emilia Köylijärvi 2013) Vaahtolasimurskeen valmistus tapahtuu jatkuvana prosessina hitaasti. Päivässä vaahtolasimursketehdas tuottaa noin 400 m 3 vaahtolasimursketta. Lopullisesta vaahtolasimurskeesta ilmaa on noin 80 92 % vaahtolasimursketuotteesta riippuen (Statens vegvesen 2012; Uusioaines Oy 2012; Pekkala 2013 b; Norsk Glassgjenvinning AS).

20 2.3 Ympäristönäkökohdat Uusioaines Oy:n kokemusten mukaan vaahtolasimurskeen tuotannon hiilidioksidipäästöt ovat vain kolmasosan kevytsoran tuotannon päästöistä. Uusioaines Oy:n vaahtolasimurskeen jauhatuksessa toimiva kuulamylly on sähkökäyttöinen. Tunneliuuni, jossa vaahtolasimurske paisutetaan, lämpenee nestekaasulla ja lasimurskeen kuivatus toimii öljylämmitteisesti. (Pekkala 2013 b) Vaahtolasimurskeen käyttöön maarakenteissa ei tarvita erillistä ympäristölupaa, sillä vaahtolasimurske luokitellaan CE-merkityksi rakennustuotteeksi. Vaahtolasimurskeen valmistus lisää lasijätteen kierrätysastetta ja vähentää kaatopaikalle joutuvan lasijätteen määrää. Vaahtolasimurskeen käyttö vähentää luonnonkiviaineksen käyttöä. Rakenteesta poistettu vaahtolasimurske voidaan kierrättää edelleen käyttämällä se vastaavassa rakenteessa uudelleen. Uudelleen käytettäessä vaahtolasimurskeen tulee olla puhdasta, eli siihen ei saa olla sekoittuneena esimerkiksi maa-aineksia. (Eriksson & Hägglund 2008) Vaahtolasimurskeen avulla päästään ohuempiin rakennepaksuuksiin ainakin routamitoituksen vaativissa kohteissa. Ohuemmat rakennekerrokset tuottavat vähemmän materiaalivirtoja ja vähentävät kaivutyötä. Kuorma-autoilla kuljetettaessa vaahtolasimurske aiheuttaa keveytensä ansiosta luonnonkiviaineksiin verrattuna vähemmän hiilidioksidipäästöjä. (Uusioaines Oy 2012) Toisaalta etäisyys tuotantolaitokseen määrää kuljetusmatkan pituuden ja voi siten aiheuttaa enemmän päästöjä. Vaahtolasimurske ei sisällä haihtuvia yhdisteitä eikä orgaanisia haitta-aineita. Vaahtolasimurskeesta ei liukene vaarallisia määriä haitta-aineita, sillä vaahtolasi on keraami. Vaahtolasin valmistuksessa käytetyn lasin takia vaahtolasimurskeesta voi liueta raja-arvot ylittäviä määriä antimonia ja arseenia. Vaahtolasin kemiallisia ominaisuuksia on käsitelty tarkemmin kappaleessa 4.6. (Ramboll 2013)

21 3 Vaahtolasimurskeen nykyiset käyttökohteet 3.1 Yleistä Vaahtolasimurskerakenteen soveltuvuus suunniteltuun käyttökohteeseen on aina varmistettava tapauskohtaisesti. Suomessa geotekninen mitoitus tehdään tulevan käyttökohteen suunnitteluohjeiden mukaisesti. Näin ollen Liikenneviraston kohteissa suunnittelu ja mitoitus tehdään Eurokoodin mukaisesti, ja muissa kohteissa geotekninen mitoitus tehdään Pohjarakennusohjeen (RIL 121-2004) mukaisesti. Vaahtolasimurskerakenteen kantavuus- ja routamitoitus tehdään tulevan käyttökohteen mukaista ohjeistusta käyttäen ja mitoituksessa on aina huomioitava suunnittelukohteen erityispiirteet. (Uusioaines Oy 2012) Vaahtolasimurskeen suunniteltu käyttöikä on 50 vuotta (Byggforsk 2005 a; Uusioaines 2012). 3.2 Työmaatekniikka 3.2.1 Kuljetus Vaahtolasimursketta voidaan kuljettaa tavallisella kuorma-auton lavalla. Koska vaahtolasimurske on luonnonkiviainekseen verrattuna kevyttä, voidaan kuljetuksessa käyttää erityiskorkeita lavoja. (Statens vegvesen 2012) Tela-alustaiset koneet voivat liikennöidä suoraan tiivistämättömän vaahtolasimurskekerroksen päällä, kuten voidaan nähdä kuvasta 5. (Uusioaines Oy 2012) Kuva 5. Vaahtolasimurskeen kuljetuskalusto ja levitys tela-alustaisella kaivukoneella (Uusioaines Oy 2012)

22 3.2.2 Levitys Kevennysrakenteessa vaahtolasimurske levitetään tiivistyslaitteistosta riippuen 0,6 1,0 m paksuisina kerroksina. Tärylevyllä tiivistettäessä tiivistettävän kerroksen paksuus saa olla korkeintaan 0,6 m ja tela-alustaisella koneella tiivistettäessä 1,0 m. Routaeriste levitetään korkeintaan 0,6 m paksuisina kerroksina. (Statens vegvesen 2012) Kerrosten välissä huolehditaan asennusohjeiden mukaisesta tiivistyksestä. Vaahtolasimurskeen esitiivistys on nähtävissä kuvassa 6. Koska vaahtolasimurske lasketaan teolliseksi rakennustuotteeksi, se ei saa sekoittua luonnonmateriaalien kanssa. Näin ollen vaahtolasimurskekerros tulee erottaa alapuolisista ja yläpuolisista rakenteista sekä pohjamaasta suodatinkankaalla. Näin varmistetaan, etteivät materiaalit sekoitu rakenteessa ja mahdollisessa rakenteen purkuvaiheessa eri lajitteet saadaan eroteltua eri jatkokäyttötarkoituksiin. Suodatinkankaalla varmistetaan myös rakenteen toimivuus. Käytettävän suodatinkankaan tulee olla polypropeenista valmistettua vaahtolasimurskeen emäksisyyden takia. Polyesteristä valmistettu suodatinkangas ei sovellu vaahtolasimurskeen kanssa käytettäväksi. (Statens vegvesen 2012; Uusioaines Oy 2012) Kuva 6. Vaahtolasimurskeen tiivistys tela-alustaisella kaivukoneella (Vaasan kaupunki, 2011) Vaikka vaahtolasimurske voidaankin levittää luiskassa 1:1 kaltevuuteen, on suositeltavampaa käyttää vaahtolasimurskekerroksen reunamilla samaa luiskakaltevuutta kuin yläpuolisissa täytöissä. Tällöin yläpuolinen täyttö aiheuttaa yhtä suuren kuormituksen kauttaaltaan vaahtolasimurskekerrokseen. Vaahtolasimurskeluiskan päälle levitetään vähintään 0,5 m paksuinen täyttömaakerros. (Statens vegvesen 2012; Uusioaines Oy 2012) Vaahtolasimursketta voidaan työstää talvisin, mutta tällöin täytyy varmistaa, ettei vaahtolasimurske ole jäätynyt paakuiksi ja ettei vaahtolasimurskeen joukkoon ole sekoittunut lunta. (Statens vegvesen 2012) Vaahtolasimurske on kuivana vettä kevyempää, mikä on otettava huomioon veden pinnan alapuolelle asennettaessa.

23 3.2.3 Tiivistys Vaahtolasimurskerakenteen toimivuus taataan tarkoituksenmukaisella tiivistyksellä. Vaahtolasimurskeen ei tarvitse olla optimikosteuspitoisuudessa tiivistyäkseen kunnolla, vaan sitä voidaan rakentaa sekä kuivana että kosteana. Mikäli kuiva vaahtolasimurske pölyää liikaa, pölyämistä voi ehkäistä materiaalia kostuttamalla. Tiivistyksen aikana vaahtolasimurskerakeiden viimeiset terävät kulmat lohkeavat ja murskekerros pystyy tiivistymään edelleen. (Uusioaines Oy 2012) Tiivistyksellä varmistetaan vaahtolasimurskekerroksen riittävä kuormituskestävyys ja rajoitetaan pysyviä muodonmuutoksia. Ylimääräistä vaahtolasimurskeen tiivistämistä tulee välttää, jottei vaahtolasimurske hienone tarpeettoman paljon. Vaahtolasimurskeen tiivistystä suunniteltaessa on hyvä käyttää tiivistyskertoimena 1,2 1,3. Rakennuspaikoilla, missä työmaaliikenne on ohjattu suoraan vaahtolasimurskekerroksen päälle, on tiivistymiskerroin vieläkin suurempi. (Byggforsk 2005 a; Statens vegvesen 2012) Vaahtolasimurskekerroksen rakentamisessa on otettava huomioon vaahtolasimurskeen suuri tiivistymiskerroin. Vaahtolasimursketta levitetään toivotusta tiivistymiskertoimesta riippuen 10 25 % lopullista rakennepaksuutta paksumpi kerros (Uusioaines Oy 2012). Vaahtolasimurskekerros suositellaan esitiivistettäväksi suoraan vaahtolasimurskekerroksen päältä tela-alustaisella koneella, jonka maahan kohdistama paine on alle 50 kpa, kuten on esitetty kuvissa 5 ja 6. Tämän esitiivistyksen jälkeen vaahtolasimurske tulee peittää normaalilla kiviaineksella, jonka päältä lopullinen rakenne tiivistetään tavanomaisia tiivistyslaitteita käyttämällä. (Sintef 2010) Norjalaisen lähteen mukaan täryjyrän käyttöä tulee välttää (Norsk Glassjenvinning AS), mutta suomalainen rakennusohje suosittelee täryjyrän käyttöä lopulliseen, murskekerroksen päältä tehtyyn tiivistykseen (Uusioaines Oy 2012). Valssijyrän käyttöä vaahtolasimurskeen lopullisessa tiivistyksessä murskepedin päältä on esitetty kuvassa 7. Kuva 7. Vaahtolasimurskeen lopullinen tiivistys valssijyrällä murskekerroksen päältä (Vaasan kaupunki, 2011)

24 Tiivistystuloksesta tulee parempi, jos vaahtolasimurskekerroksen reunoilla on tukipenkereet. Näin vältetään penkereen leviäminen ja varmistetaan tasalaatuinen tiivistyslopputulos koko rakenteessa. (Uusioaines Oy 2012) Pienissä täytöissä ja suoraan rakenteeseen kiinni tulevassa vaahtolasimursketäytössä vaahtolasimurskekerros tiivistetään tärylevyllä. (Sintef 2010) Tarpeetonta liikennöintiä tulee välttää suoraan vaahtolasimurskekerroksen päällä. 3.3 Kevennys Pehmeikköalueilla rakenteiden maahan kohdistamat kuormat saattavat aiheuttaa rakenteille painumaongelmia tai häiritä penkereen tai alueen vakavuutta. Näitä ongelmia voidaan ehkäistä kevennysrakenteilla, jotka joko tekevät uudesta rakenteesta kevyemmän tai jopa korvaavat olemassa olevia massoja kevyemmillä. (Liikennevirasto 2011 b) Vaahtolasimurske soveltuu hyvin kevennysrakenteisiin kevyen tilavuuspainonsa ansiosta. Vaahtolasimurskeen kevyt tilavuuspaino pienentää pohjamaahan kohdistuvaa kuormaa, ja vaahtolasimurskeen suuri leikkauskestävyyskulma lisää penkereen stabiliteettia. (Norsk Glassjenvinning AS) Kevennyksen tarve todennetaan suunnittelukohteen tietojen perusteella tehtyjen vakavuustarkastelujen pohjalta. Väylärakenteiden suunnittelussa rakenteen vakavuus mitoitetaan Eurokoodi 7:n ja LVM:n kansallisen liitteen soveltamisohjeen (NCCI 7) mukaisesti. Vaahtolasimurskekevennyksen paksuus ja laajuus suunnitellaan vakavuustarkasteluiden mukaisesti siten, että varmuus sortumista vastaan on riittävä. (SFS-EN 1997-1; Liikennevirasto 2011 b) Pehmeikköalueilla uudet rakenteet aiheuttavat painumia, joista konsolidaatio- ja jälkipainuma ovat merkittävimpiä kevennystä mitoitettaessa. Kevennyksen mitoitus painumien ehkäisemiseksi tehdään geoteknisillä laskelmilla, joissa otetaan huomioon suunnittelukohteen mukaiset maaperän ominaisuudet ja rakenteesta aiheutuvat kuormat. Kevennysmitoituksen tavoitteena on niin sanottu kokonaiskevennys, jolloin uusi rakenne ei aiheuta lisäkuormaa pohjamaalle tai kuorma jää lähtötilannetta pienemmäksi. Mikäli kevennys toteutetaan vain osittaisena kevennyksenä, kevennysrakenne mitoitetaan tavoitepainumalle. Tuolloin painumamitoitus tehdään ohjeen Tiepenkereiden ja leikkausten suunnittelu mukaisesti. (Liikennevirasto 2010; Liikennevirasto 2011 b) Esimerkki riittävän kokonaiskevennyksen laskemiseen tilanteessa, jossa pohjaveden pinta jää kevennysrakenteen alapuolelle sekä tilanteessa, jossa kevennysrakenteen asianmukainen kuivatus ei toimi, on esitetty liitteessä 1. Kuvassa 8 on esitetty kadulle tehtävän vaahtolasimurskekevennyksen periaatepiirrokset. Kuvan oikeassa reunassa on esitetty maanpinnan korkeusasema sekä maan tilavuuspainoa merkitsevät symbolit (γ) alkutilanteessa. Pohjavedenpinnan korkeutta on merkitty kirjainlyhenteellä GW. Kuvassa keskellä on esitetty kokonaiskevennys, joka ulottuu pohjavedenpinnan alapuolelle. Kuvan vasemmassa reunassa on esitetty kokonaiskevennys, joka ei ulotu pohjaveden pinnan alapuolelle. Kuvassa 8 on havainnollistettu yhtälöissä 1-7 käytettyjen symboleiden merkitys.

25 Kuva 8. Katurakenteen kokonaiskevennyksen laskentayhtälöiden 1-7 symbolit (muokattu lähteestä Liikennevirasto 2011 b) Kokonaiskevennys tilanteessa, jossa vaahtolasimurskeella kevennetty penger on kokonaan pohjavedenpinnan yläpuolella suunnitellaan niin, että se toteuttaa yhtälön:. +. +., (1) missä qkaiv.maa on pois kaivetun maan aiheuttama jännitys [kn/m 2 ] qrak on keventeen päälle tehtävän rakenteen aiheuttama jännitys [kn/m 2 ] qkev.kuiv on maanpinnan yläpuolella olevan, kuivan keventeen aiheuttama jännitys [kn/m 2 ] qkev.kost on maanpinnan alapuolella olevan, kostean keventeen aiheuttama jännitys [kn/m 2 ] Mikäli osa kevennysmateriaalista sijoitetaan pohjavedenpinnan alapuolelle, tulee kokonaiskevennyksen toteuttaa yhtälön (1) sijaan yhtälö:. +. +. +. +, (2) missä qkev.sat' on vedellä kyllästyneen keventeen aiheuttama jännitys pohjavedenpinnan alapuolella [kn/m 2 ] qw on pohjavedenpinnan aleneman aiheuttama jännitys [kn/m 2 ] Yhtälöiden (1) ja (2) tilanteissa kevennyksen kohdalta poistetun maan jännitys toteuttaa yhtälön:. = ( h )+( h ), (3) missä γmaa on maan tilavuuspaino [kn/m 3 ] hkev on maaleikkauksen paksuus pohjavedenpinnan yläpuolella [m] γmaa' on maan tilavuuspaino pohjaveden pinnan alapuolella [kn/m 3 ] hkev' on kevennyksen paksuus pohjavedenpinnan alapuolella [m]

26 Yhtälöiden (1) ja (2) tilanteissa keventeen päälle tehtävien rakennekerrosten pohjamaalle aiheuttama jännitys pohjavedenpinnan yläpuolella toteuttaa yhtälön: = h, (4) missä γrak on keventeen päälle tehtävän rakenteen tilavuuspaino [kn/m 3 ] hrak on keventeen päälle tehtävän rakenteen paksuus [m] Yhtälöiden (1) ja (2) tilanteissa kevennysmateriaalin pohjamaalle aiheuttama jännitys pohjavedenpinnan yläpuolella toteuttaa yhtälön: = (. h ) +(. h ä ), (5) missä γkev.kost on vaahtolasimurskeen mitoittava tilavuuspaino maanpinnan alapuolelle sijoitettaessa [kn/m 3 ] hkev on kevennyksen paksuus maanpinnan alapuolella [m] γkev.kuiv on vaahtolasimurskeen mitoittava tilavuuspaino maanpinnan yläpuolelle sijoitettaessa [kn/m 3 ] htä on täytön paksuus maanpinnan yläpuolella [m] Vaahtolasimurskeen poikkeava tilavuuspaino maanpinnan ala- ja yläpuolella johtuu vaahtolasimurskekerroksen kosteustilasta. Vallitsevan maanpinnan alapuolella vaahtolasimurskeeseen pidättyy enemmän pintavesiä kuin maanpinnan yläpuolella. (Pekkala 2013 b) Yhtälön (2) tilanteessa, kun kevennys ulottuu pohjavedenpinnan alapuolelle, kevennysmateriaalin jännitys alkuperäisen pohjavedenpinnan alapuolella toteuttaa yhtälön:. =. h, (6) missä γkev.sat' on vaahtolasimurskeen tilavuuspaino pohjavedenpinnan alapuolella [kn/m 3 ] hkev' on kevennyksen paksuus pohjavedenpinnan alapuolella [m] Yhtälön (2) viimeinen termi ottaa huomioon rakentamisen aiheuttaman pohjavedenpinnan alenemisen, joka aiheuttaa pohjamaalle jännityksen, joka toteuttaa yhtälön: =( ) h, (7) missä h on pohjavedenpinnan alenema [m] (Muokattu lähteestä Liikennevirasto 2011 b) Vaahtolasimurske on kevyen tilavuuspainonsa ansiosta oiva kevennysmateriaali. Vedellä kyllästyneenäkin sen tilavuuspaino vastaa pelkän veden tilavuuspainoa. Norjassa vaahtolasimurskeen käytöstä on hyviä kokemuksia teiden ja rautateiden kevennysmateriaalina. Tien kevennysrakenteessa Glasopor-vaahtolasimurskeen päälle suositellaan 0,5 m mursketäyttöä ja rautatiepenkereellä vastaavasti vähintään 0,6 m mursketäyttöä. (Norsk Glassjenvinning AS) Vaahtolasimurskeen käyttö putkijohtokaivannon täyttönä ehkäisee painumien syntymistä, tasaa pitkällä putkilinjalla painumia ja näin pidentää rakenteen käyttöikää (Uusioaines 2012).

27 3.3.1 Nostemitoitus Mikäli vaahtolasimursketta käytetään pohjavedenpinnan alapuolella tai lähellä vesistöjä, voi noste muodostua ongelmaksi. Nostemitoitus täytyy tehdä aina vaahtolasimurskerakenteelle, jos on vaarana, että vedenpinta nousee rakenteen tasolle, esimerkiksi tulvatilanteessa. Vaahtolasimurskerakenteen nostemitoitus tehdään Eurokoodi 7:n ja LVM:n kansallisen liitteen soveltamisohjeen (NCCI 7) mukaisesti. (SFS- EN 1997-1; Liikennevirasto 2011 a; Liikennevirasto 2011 b) Eurokoodi 7:n mukaisesti nostemitoituksessa kaatavien pysyvien ja muuttuvien pystysuorien kuormien yhdistelmän mitoitusarvon (Vdst;d) on oltava pienempi tai yhtä suuri kuin vakauttavien pysyvien pystysuorien kuormien mitoitusarvon (Gstb;d) ja muun lisäkestävyyden mitoitusarvon (Rd) summa: ; ; +, (8) missä Gstb;d Rd on vakauttavien pystysuorien kuormien mitoitusarvo nosteelle mitoitettaessa [kn] on lisäkestävyyden mitoitusarvo [kn] Tämän tasapainoyhtälön on toteuduttava kaikilla tasoilla. Kaatavien pysyvien ja muuttuvien kuormien yhdistelmä toteuttaa yhtälön: ; = ; + ;, (9) missä Gdst;d Qdst;d on kaatavien pysyvien pystykuormien mitoitusarvo nosteelle mitoitettaessa [kn] on kaatavien muuttuvien pystykuormien mitoitusarvo nosteelle mitoitettaessa [kn] Nostemitoituksen periaate on esitetty kuvassa 9. Nostemitoituksessa kaatava pystykuorma on pohjavedenpaine. Nostevoima on esitetty kuvassa 9 merkinnällä Unoste. Vaahtolasimurskeelle sovellettava nostevoiman arvo on 6,5 kn/m 3. (Pekkala 2013 b) Pysyvä vakauttava pystykuorma muodostuu tarkasteltavan tason yläpuolisesta maanpainosta. Kuvassa 9 pysyvät vakauttavat pystyjännitykset muodostuvat kevennysrakenteen yläpuolisen rakenteen aiheuttamasta jännityksestä sekä kevennysmateriaalin aiheuttamasta jännityksestä: ; = +. +., (10) missä qrak on keventeen päälle tehtävän rakenteen jännitys [kn/m 2 ] qkev.kuiv on keventeen aiheuttama jännitys maanpinnan yläpuolella [kn/m 2 ] qkev.kost on keventeen aiheuttama jännitys maanpinnan alapuolella, pohjaveden pinnan yläpuolella [kn/m 2 ]

28 Pystyjännitykset toteuttavat yleisesti yhtälön: = h, (11) missä q on kerroksen aiheuttama jännitys [kn/m 2 ] γ on kerroksen tilavuuspaino [kn/m 3 ] h on kerroksen paksuus [m] Kuormille ja jännityksille käytettävät Eurokoodi 7:n mukaiset osavarmuusluvut on esitetty liitteen 1 taulukossa 1. Mitoitustilanteesta riippuen käytetään kuormalle muuttuvan tai pysyvän kuorman osavarmuuslukuja. Laskuesimerkki nostemitoituksesta on esitetty liitteen 1 laskuesimerkissä 2. (Muokattu lähteistä SFS-EN 1997-1 ja RIL 207-2009) Kuva 9. Kevennysrakenteen nostemitoitus, merkinnät. (Muokattu lähteestä Liikennevirasto 2011 b) Jotta taataan rakenteelle kauttaaltaan samanlaiset muodonmuutokset, on maapohjan ja rakenteen selkeille muutoskohdille suunniteltava siirtymärakenteet. 3.4 Routaeriste Pohjoismaissa routa aiheuttaa vakavia vaurioita tiestölle ja katurakenteille. Routanousu vaurioittaa rakenteita ja pinnoitteita sekä lisää väylien korjaustarvetta. Routasuojauksen tarkoituksena on estää routarajan tunkeutumista syvälle pohjamaahan ja näin taata pohjaveden vapaa virtaaminen väylärakenteen alla. (Aho & Saarenketo 2006) Roudalta voidaan suojautua ulottamalla rakennekerrokset routarajaa syvemmälle. Eristemateriaalien käytöllä roudan tunkeutuminen pohjamaahan voidaan estää tavanomaista rakennetta pienemmällä kokonaisrakennepaksuudella. (Øiseth et al. 2006) Vaahtolasimurske soveltuu lämmöneristävyytensä ansiosta hyvin routaeristeeksi katu- ja tierakenteisiin sekä kentille ja pihoille. Vaahtolasimurskerakenteen lämmöneristävyyksiä on vertailtu luonnon maa- ja kiviaineksiin taulukossa 1. Tierakenteiden suunnitteluohjeiden mukaisessa routamitoitusmenettelyssä vaahtolasimurskeen vastaavuus eristävyyden kannalta verrattuna hiekkaan (ai) on 4. (Tiehallinto 2004; Uusioaines Oy 2012) Vaahtolasimurskeen jäädytys-sulatuskestävyys on hyvä, eikä vaahtolasimurskeen vedenimu kasva tai kantavuus heikkene jäädytys-sulatus-

29 syklien rasituksesta (Byggforsk 2005 b; Sintef 2010). Vaahtolasimurske itsessään on routimaton materiaali. (Eriksson & Hägglund 2008) Taulukko 1. Vaahtolasimurskerakenteen lämmöneristävyyden vastaavuus verrattuna luonnon maa- ja kiviaineksiin suuntaa-antavilla kerrospaksuuksilla (Uusioaines Oy 2012) Kerrospaksuus [m] Hiekka 0,8 1,00 1,2 Vaahtolasimurske 0,2 0,25 0,3 Murske/sora 0,9 1,10 1,3 Louhe 1,0 1,25 1,5 Norjassa Glasopor-vaahtolasimursketta on käytetty routasuojaukseen erityisesti tieja pysäköintialueiden, ratojen, laattojen, perustuksien ja urheilukenttien alla. Vaahtolasimurskeella on myös routasuojausvaikutus putkijohtokaivantojen täyttönä. (Norsk Glassjenvinning AS) Periaatekuva vaahtolasimurskeen käytöstä putkijohtokaivannon kevennysmateriaalina ja routaeristeenä on esitetty kuvassa 10. Kuva 10. Vaahtolasimursketta putkijohtokaivannon kevennys- ja eristysmateriaalina (Norsk Glassjenvinning AS) Vaahtolasimurske mahdollistaa tie- ja katurakenteisiin routamitoituksen kannalta ohuemmat rakennekerrokset. Ohuemmat rakennekerrokset tarkoittavat vähemmän kaivumaita, vähemmän materiaalivirtoja, nopeampaa rakentamista ja pienempiä kustannuksia. Lisäksi kokoonpuristuvilla pohjamailla vaahtolasimurskeella routaeristeenä on myös keventävä vaikutus, joten rakenteesta syntyy pienempiä painumia. (Øiseth et al. 2006; Uusioaines Oy 2012) Routaeristettä suunniteltaessa on tärkeää mitoittaa myös rakenteen kuormituskestävyys esimerkiksi Odemarkin yhtälöllä tehdyn kantavuuslaskennan avulla (Aabøe & Øiseth 2005; Uusioaines Oy 2012). Vaahtolasimurskeen eristävä vaikutus voi johtaa tienpinnan jäätymiseen muusta tieympäristöstä poikkeavasti. (Aabøe & Øiseth 2005) Vaahtolasimurske hidastaa lämmön johtumista maapohjasta rakenteen pintaan. Näin ollen syksyn ensimmäisillä pakkasilla routasuojattu rakenne jäätyy pinnasta aiemmin kuin eristeetön rakenne, jota maasta johtuva lämpö vielä pitää kuivana. Epätasaiselta pinnan jäätymiseltä voidaan suojautua mitoittamalla vaahtolasimurskekerroksen päälle riittävän paksut päällysrakenteet (Liikennevirasto 2011 b).

30 3.5 Taustatäyttö Ahtailla rakennuspaikoilla rakennetaan usein luiskatun penkereen sijasta tukimuuri. Maamassoista aiheutuva maanpaine kohdistuu rakenteeseen maan ja rakenteen kosketuspinnassa. Tukimuurin taustatäyttö kohdistaa tukimuuriin maanpaineen. (Liikennevirasto 2011 b) Kevyen tilavuuspainonsa ja suuren leikkauskestävyyskulmansa ansiosta vaahtolasimurske soveltuu hyvin taustatäyttöihin, joissa on tarpeen pienentää rakenteeseen kohdistuvaa maanpainetta. Käyttämällä vaahtolasimursketta tukimuurin taustatäyttönä rakenteen dimensioita voidaan pienentää, kun rakenteeseen kohdistuva maanpaine pienenee. Rakenteen pienemmät dimensiot tarkoittavat halvempia rakennuskustannuksia. Vaahtolasimurske toimii taustatäytössä samanaikaisesti routaeristeenä ja kuivatuskerroksena. (Norsk Glassjenvinning AS) Vaahtolasimurskeella tehdyn taustatäytön vaakasuora maanpaine on vain noin 15 45 % luonnon kiviaineksella tehdyn täytön aiheuttamasta maanpaineesta (Uusioaines 2012). Periaatekuva vaahtolasimurskeen käytössä taustatäyttönä on esitetty kuvassa 11. Kuva 11. Vaahtolasimurske tukimuurin kevyenä taustatäyttönä (Uusioaines 2012) Liikenneviraston rakennuttamissa kohteissa maanpaine mitoitetaan Eurokoodi 7:n ja LVM:n kansallisen liitteen soveltamisohjeen (NCCI 7) mukaisesti (SFS-EN 1997-1; Liikennevirasto 2011 a; Liikennevirasto 2011 b). Glasopor-vaahtolasimurskeen suunnitteluohjeen mukaan taustatäyttöä mitoitettaessa vaahtolasimurskeen leikkauskestävyyskulman arvo vaihtelee sen mukaan, millaiset muodonmuutokset rakenteelle sallitaan. Kun sallitaan vain 1 % muodonmuutos rakenteelle, leikkauskestävyyskulman arvona käytetään 36,8, mutta sallimalla 10 % muodonmuutokset rakenteelle, jopa 43 leikkauskestävyyskulman arvoa voidaan käyttää. (Norsk Glassjenvinning AS 3.6 Kuivatuskerros Mikäli vaahtolasimurskeen puristuslujuus on suunniteltuun kohteeseen riittävä, talonrakentamisessa sekä betonirakenteissa, kuten tukimuureissa, vaahtolasimursketta voidaan käyttää kuivatuskerroksena rakenteiden alla. Vaahtolasimurskeen vedenläpäisevyyden on arvioitu olevan 0,1 m/s, joten se on hyvin vettäläpäisevää ja näin ollen soveltuu hyvin kuivatuskerroksen materiaaliksi. (Eriksson & Hägglund 2008) Routaeristeenä toimivan vaahtolasimurskekerroksen alla erillinen kuivatuskerros voidaan korvata rakentamalla vaahtolasimurskekerroksesta ylipaksu (Uusioaines Oy 2012). Jos vaahtolasimurskepenkereen luiskat tehdään huonosti vettäläpäisevästä materiaalista, on luiskatäyttöön rakennettava pysyvä vedenpoistojärjestelmä tai vettä läpäiseviä aukkoja noin 30 metrin välein. (Liikennevirasto 2011 b)

31 Kapillaarisuus tarkoittaa nesteen taipumusta tunkeutua ohuita huokoskäytäviä pitkin. Ilmiö johtuu nesteen ja ympäröivän seinämän välisestä vetovoimasta ja nesteen pintajännityksestä. Koska kapillaarinen nousukorkeus on kääntäen verrannollinen kapillaarihuokosen sisäläpimittaan, nousee vesi kapillaarisesti maamateriaalin huokostilassa sitä vähemmän, mitä laajempia rakeiden väliset huokoset ovat. Sopivan raekokojakauman omaavalla materiaalilla pysäytetään pohjaveden ja vapaan veden kapillaarinen nousu pohjamaasta rakennekerroksiin. (Rantamäki et al. 2009) Vaahtolasimurske soveltuu pysäyttämään veden kapillaarisen nousun, sillä vaahtolasimurskeessa rakeiden väliset tyhjätilat ovat kapillaarisen nousun kannalta suuria. Vaahtolasimurskeessa kapillaarinen nousukorkeus on kohtalaisen matala, kuten kappaleen 4.1 taulukoista 2, 3 ja 4 voidaan nähdä. Foamit-vaahtolasimurskeen laboratorio-olosuhteissa mitattu kapillaarinen nousukorkeus on 200 mm, HASOPOR Standard-vaahtolasimurskeen 170 mm, HASOPOR Light-vaahtolasimurskeen 120 mm ja Glasopor-vaahtolasimurskeen 175 mm. Vaahtolasimurskeen mitoitus kapillaarista veden nousua vastaan on aina määritettävä tapauskohtaisesti. 3.7 Jyrkkien luiskien täyttö Vaahtolasimurske soveltuu suuren leikkauskestävyyskulmansa ansiosta käytettäväksi jyrkissäkin luiskissa. Vaahtolasimurskeen suuri leikkauskestävyyskulma parantaa rakenteen stabiliteettia ja materiaalin keveys vähentää pohjamaalle aiheutuvia kuormia. Norjassa on toteutettu vaahtolasimurskeella koerakenteita, joiden pyrkimyksenä on parantaa jyrkissä luiskissa tierakenteen stabiliteettia. Vaahtolasimurskeen suuri leikkauskestävyyskulma parantaa muuten sortumisalttiiden, jyrkkien tiepenkereiden stabiliteettia. Vaahtolasimursketta on käytetty yhdessä geomembraanien kanssa maksimaalisen stabiliteetin aikaansaamiseksi, mikä on esitetty kuvassa 12. Rakenteen toimivuus perustuu sekä penkereen keventyneeseen kuormaan että vaahtolasimurskeen korkean leikkauskestävyyskulman parantamaan stabiliteettiin. Vaahtolasimurskeen käyttö on vähentänyt jyrkkien luiskien muodonmuutoksia ja painumia. (Hagen & Vaslestad 2013) Kuva 12. Geomembraanilla ympäröityä vaahtolasimursketta jyrkän tieluiskan pohjarakenteessa (Hagen & Vaslestad 2013)

32 4 Vaahtolasimurskeen ominaisuudet 4.1 Vaahtolasimurskeiden ominaisuudet valmistajien antamien tietojen mukaisesti Vaahtolasimurskeen huokosmainen rakenne ja suuri raekoko tuovat omat haasteensa vaahtolasimurskeen teknisten ominaisuuksien tutkimiseen. Vaahtolasimurske käyttäytyy koetilanteessa eri tavalla kuin perinteinen murske tai kevytsora, koska vaahtolasimurskeen raekoko on suuri ja murskautumiskestävyys pieni. Jotta vaahtolasimurskeelle on pystytty saamaan eurooppalainen tekninen hyväksyntä, European technical approval (ETA), materiaalin tutkimukselle on täytynyt luoda ensin oma kansainväliseen yhteisymmärrykseen perustuva arviointimenettely, Common Understanding Assessment Procedure (CUAP). Tehdasvalmisteiselle irtonaiselle huokoiselle lasille on CUAP:ssa määritetty yhtenäiset, perinteisten kiviainesten tutkimusstandardeista poikkeavat tutkimustavat, jolloin voidaan varmistaa, että eri vaahtolasimursketuotteiden materiaaliominaisuuksia voidaan verrata toisiinsa. (Byggforsk 2005 a; Byggforsk 2005 b; Sintef 2010) Suomessa Foamit-vaahtolasimurskeen tutkimuksista on vastannut materiaalivalmistaja Uusioaines Oy. Foamit-vaahtolasimurske on CE-merkitty rakennustuote, joka täyttää standardin SFS-EN 13055-2 kevytkiviainekset sidottuihin ja sitomattomiin käyttötarkoituksiin 2 + mukaiset vaatimukset. Tutkimukset on toteuttanut sekä Ramboll Oy että Tampereen teknillinen yliopisto. Taulukossa 2 on esitetty Foamitvaahtolasimurskeen suunnitteluohjeessa esitetyt tekniset ominaisuudet, joita käsitellään tulevissa kappaleissa tarkemmin. Kun mitoitetaan Foamit-vaahtolasimurskerakennetta, käytetään taulukossa 2 esitettyjä arvoja. Mikäli mitoitus tehdään Eurokoodin mukaisesti, käytetään taulukon 2 arvoja ominaisarvoina, joita täydennetään vaadittavilla osavarmuuskertoimilla. (Uusioaines Oy 2012) Taulukko 2. Suomalaisen Foamit-vaahtolasimurskeen teknisiä ominaisuuksia (Uusioaines Oy 2012) Foamit Raekoko [mm] 10 60 Tiheys (kuiva, löyhä) [kg/m3] 210 ± 15 % Tiheys (kuiva, tiivistetty)* [kg/m3] 220 280 Tiheys (kostea, pitkäaikaisesti tierakenteessa) [kg/m3] 350 Tiheys, pitkäaikaisesti veden alla (<1 vuosi) [kg/m3] 600 Tiheys, pysyvästi veden alla [kg/m3] 1000 Mitoittava tilavuuspaino (nostemitoitus) [kn/m3] 3,5 Mitoittava tilavuuspaino (pysyvästi veden alla) [kn/m3] 10 Kapillaarinen nousukorkeus [mm] 200 Leikkauskestävyyskulma [ ] 36 45 ph-arvo 10 Tiivistymiskerroin 1,15 1,25 * tiheys riippuu tavoitetiiviydestä

33 Taulukossa 3 on esitetty HASOPOR tuotemerkillä valmistettavan vaahtolasimurskeen tavallisimmat materiaalitekniset ominaisuudet, niin kuin ne on Ruotsin geoteknillisen instituutin, Statens geotekniska Institut (SGI), tuottamassa ohjeistuksessa esitetty. HASOPOR-vaahtolasimurskeesta on kaksi eri materiaalitiheydellä valmistettavaa vaahtolasimursketuotetta, Standard ja Light. HASOPOR Standard-vaahtolasimurske on tiheämpää ja hieman pienirakeisempaa kuin HASOPOR Light-vaahtolasimurske. HASOPOR Standard-vaahtolasimurskeen suurempi tiheys selittyy suuremmalla kiintoaineksen määrällä. HASOPOR Standard-vaahtolasimurskeen pienempi maksimiraekoko selittää HASOPOR Light-vaahtolasimursketta korkeamman kapillaarisen nousukorkeuden. HASOPOR-vaahtolasimurskeen leikkauskestävyyskulma on määritetty vain HASOPOR Light-vaahtolasimurskeelle. Vaahtolasimurskeiden ominaisuuksia on käsitelty tarkemmin kappaleissa 4.2 4.6. (Eriksson & Hägglund 2008) Taulukko 3. Norjassa ja Ruotsissa valmistettavan HASOPOR-vaahtolasimurskeen materiaaliominaisuudet. (Eriksson & Hägglund 2008) HASOPOR Light HASOPOR Standard Raekoko [mm] 10 60 10 50 Tiheys (kuiva, löyhä) [kg/m3] 180 230 Partikkelitiheys (kuiva) [kg/m3] 300 430 Tehokas tiheys (kuiva) [kg/m3] 350 320 Mitoittava tiheys (40 vuotta rakenteessa) [kg/m3] 350 400 Kapillaarinen nousukorkeus [mm] <120 <170 Leikkauskestävyyskulma [ ] 45 - Taulukossa 4 on esitetty norjalaisen Glasopor-vaahtolasimurskeen tavallisimmat materiaalitekniset ominaisuudet Glasopor-vaahtolasimurskeen teknisen myyntiesitteen mukaisesti. (Norsk Glassjenvinning AS) Taulukko 4. Norjassa valmistettavan Glasopor-vaahtolasimurskeen materiaaliominaisuudet (Norsk Glassjenvinning AS) Glasopor Raekoko [mm] 10 50 Tiheys (kuiva, löyhä) [kg/m3] 180 Mitoittava tilavuuspaino [kn/m3] 3,5 Kapillaarinen nousukorkeus [mm] 170 Tiivistymiskerroin 1,15 1,25 Leikkauskestävyyskulma [ ] 45 Glasopor-vaahtolasimurskeen kuivairtotiheys vastaa HASOPOR Light-vaahtolasimurskeen kuivairtotiheyttä, vaikka sen raekokojakauma vastaa pikemminkin HASO- POR-Standardin raekokojakaumaa. Rakeiden pienempi maksimiraekoko selittänee Glasopor-vaahtolasimurskeen kapillaarisen nousukorkeuden, joka on HASOPOR Standard-vaahtolasimurskeen tavoin 170 mm. Glasopor vaahtolasimurskeen leikkauskestävyyskulmaksi on ilmoitettu 45. (Norsk Glassjenvinning AS)

34 4.2 Perusominaisuudet 4.2.1 Vaahtolasimurskeen tiheys Tiheys on suure, joka ilmoittaa materiaalin massan suhteessa sen tilavuuteen. Tiheyden määrittää näin ollen yhtälö: =, (12) missä ρ on tiheys [kg/m 3 ] m on materiaalierän massa [kg] V on materiaalierän tilavuus [m 3 ] Tilavuuspaino taas ilmoittaa materiaalin painon suhteessa tilavuuteen. Tiheyden avulla määritetään materiaalin tilavuuspaino yhtälöllä: =, (13) missä γ on tilavuuspaino [N/m 3 ] g on putoamiskiihtyvyys [m/s 2 ] Puhuttaessa vaahtolasimurskeen materiaaliominaisuuksista käytetään mittayksikkönä tiheyttä. Huokoisten materiaalien tiheydessä merkittävä rooli on materiaalirakeiden sisäisillä suljetuilla ilmatäytteisillä huokosilla. Liitteessä 2 on kuvin havainnollistettu vaahtolasimurskeen tilavuuden komponentit ja niiden muuttuminen materiaalin kosteuspitoisuuden muuttuessa. Rakenteita mitoitettaessa käytetään vaahtolasimurskeen tilavuuspainoa ilmoittamaan materiaalin paino tilavuusyksikköä kohti. Vaahtolasimurskeen tiheys vaihtelee eri materiaalivalmistajien vaahtolasimurskeen valmistuksessa esiintyvien eroavaisuuksien mukaisesti. Vaahtolasimurskeen tiheys on vahvasti riippuvainen valmistuksen aikaisesta uunin lämpötilasta, kuljetushihnan nopeudesta ja käytetyn lisäaineen ominaisuuksista ja määrästä. Kuten kappaleen 4.1 taulukoita 2-4 vertailemalla voidaan nähdä, Glasopor- ja HASOPOR Lightvaahtolasimurskeen kuivairtotiheys on huomattavasti pienempi kuin Foamit ja HA- SOPOR Standard-vaahtolasimurskeen kuivairtotiheys. Suomalaisen Foamit-vaahtolasimurskeen tiheyden arvot on esitetty kappaleessa 4.1 taulukossa 2. Foamit-vaahtolasimurskeen partikkelitiheyttä ei ilmoiteta materiaalivalmistajan ohjeessa. Norjalaisen HASOPOR-vaahtolasimurskeen tiheyden mitoitusarvot on esitetty kappaleessa 4.1 taulukossa 3. HASOPOR Lightvaahtolasimurskeen partikkelitiheys on 300 kg/m 3 ja HASOPOR Standardvaahtolasimurskeen 430 kg/m 3. HASOPOR Standard-vaahtolasimurske sisältää siis vähemmän ilmahuokosia kuin HASOPOR Light-vaahtolasimurske. Vaahtolasimurskeen valmistustavasta johtuen vaahtolasimurskeen kuivairtotiheydelle määritetty mitoitusarvo sisältää aina 15 % vaihteluvälin. Tämä vaihteluväli on määritelty kevytkiviainesstandardissa 13055-2. Näin ollen esimerkiksi suomalaisen Foamit-vaahtolasimurskeen valmistusprosessista saatavan vaahtolasimurskeen kuivairtotiheys voi vaihdella 178,5 241,5 kg/m 3 välillä. Vaahtolasimurskeen kuivairtotiheys täytyy tutkia prosessissa päivittäin, mutta koska kyseessä on hidas jatkuva prosessi, prosessiin tehtävät korjaukset vaikuttavat viiveellä lopputuotteeseen.

35 Rakenteiden suunnittelussa käytettävään vaahtolasimurskeen tilavuuspainoon vaikuttaa vaahtolasimurskeen tiivistäminen, kosteuspitoisuus ja työnaikainen vaahtolasimurskeen hienoneminen. Aiemmin mainittujen vaahtolasimursketuotteiden tilavuuspainona suositellaan käyttämään mitoituksessa 3,5 kn/m 3. Ainoa poikkeus on HASOPOR Standard-vaahtolasimurske, jonka mitoittava tilavuuspaino on 4,0 kn/m 3. Mitoituksessa käytettävässä tilavuuspainossa otetaan huomioon vaahtolasimurskerakenteen painon muutos pitkäaikaisessa tilanteessa veden imeytyessä rakenteeseen. Vallitsevan maanpinnan alapuolella voidaan vaahtolasimurskerakenteen mitoituksessa käyttää vieläkin suurempaa tilavuuspainon arvoa, sillä vallitsevan maanpinnan alapuolella vaahtolasimurskerakenteeseen voidaan olettaa imeytyvän enemmän pintavesiä ja valumavesiä. (Pekkala 2013 b) Vaahtolasimurskeen huokosmaiseen rakenteeseen imeytyy osittain vettä kaikissa rakenteissa, mutta erityisesti silloin, kun vaahtolasimurske on pysyvästi pohjavedenpinnan alapuolella. Foamit-vaahtolasimurskeen suunnitteluohjeessa pysyvästi veden alla olevan vaahtolasimurskeen tiheydeksi ilmoitetaan 1000 kg/m 3 ja tilavuuspainoksi 10 kn/m 3. Tämä tilavuuspaino vastaa veden tilavuuspainoa, mistä voidaan päätellä, että vaahtolasimurske sisältää täysin suljettuja huokosia, joihin ei pääse vesi imeytymään edes pitkäaikaisessa upotuksessa. Vaahtolasimurske on huokoisen rakenteensa vuoksi herkkä nosteelle. Tämä seikka tulee erityisesti ottaa huomioon tulvariskialueilla. Foamit- ja Glasopor-vaahtolasimurskeiden teknisten ohjeiden mukaan vaahtolasimurskeen mitoittava tilavuuspaino nostetta vastaan on 3,5 kn/m 3. (Uusioaines Oy 2012; Norsk Glassjenvinning AS) Tiivistämisen ja kosteuspitoisuuden vaikutuksen vaahtolasimurskeen tiheyteen havaitsee parhaiten norjalaisille Glasopor- ja HASOPOR-vaahtolaseille ETA-määritystä varten tehdyistä tiheyksien tutkimuksista (Byggforsk 2005 b; Sintef 2010). Tiheydet on määritetty standardin EN 1097-3 mukaisesti. CUAP:ssa määritettyjen vaatimusten mukaisesti vaahtolasimurskeen tiheys on määritetty vaihtelevilla tiivistymiskertoimilla ja kosteuspitoisuuksilla. Kosteuspitoisuuden muuttamiseksi vaahtolasimurskenäytteet on pidetty vesiupotuksessa 28 päivää standardin EN 12087 mukaisesti. Jäädytys-sulatuskokeet on tehty standardin EN 12091 mukaisesti. Kosteuspitoisuuksien ja jäädytys-sulatus-kokeiden tulokset on käsitelty tarkemmin kappaleessa 4.5. Glasopor- ja HASOPOR-vaahtolasimurskeiden tiheyksien arvot vaihtelevilla kosteuspitoisuuksilla ja tiivistymisasteilla on esitetty taulukossa 5.

36 Taulukko 5. Glasopor- ja HASOPOR-vaahtolasimurskeiden tiheydet kuivalle ja kostealle materiaalille eri tiivistymiskertoimilla (Byggforsk 2005 b; Sintef 2010) Tiheys [kg/m3] HASO- HASOPOR Light POR Standard Glasopor Kuiva, irto 180 ± 15 225 ± 15 185 ± 15 Kuiva, tiivistymiskerroin 1,15 ~210 ~260 - Kuiva, tiivistymiskerroin 1,25 ~225 ~280 ~230 Kostea, kosteuspitoisuus 30 paino-%, tiivistys 1,15 (28 pvä upotuksessa) ~270 ~335 - Kostea, kosteuspitoisuus 30 paino-%, tiivistys 1,25 (28 pvä upotuksessa) ~295 ~365 - Kostea, kosteuspitoisuus 60 paino-%, tiivistys 1,25 (28 pvä upotuksessa) - - ~370 Kostea, kosteuspitoisuus 80 paino-%, tiivistys 1,15 (28 pvä upotuksessa, 300 jäädytys-sulatussykliä) ~375 ~465 - Kostea, kosteuspitoisuus 80 paino-%, tiivistys 1,25 (28 pvä upotuksessa, 300 jäädytys-sulatussykliä) ~425 ~530 - Kostea, kosteuspitoisuus 55 paino-%, tiivistys 1,25 (28 pvä upotuksessa, 300 jäädytys-sulatussykliä) - - ~355 Nosteen alaisena, kuivana, tiivistys 1,0 ~-350 ~-320 ~-350 Taulukon 5 tuloksista voidaan nähdä, että suuremman tiivistyskertoimen ja korkeamman kosteuspitoisuuden näytteillä on suurempi tiheys. Vaahtolasimurskeen jäädytys-sulatus-kokeilla ei ole suurta vaikutusta vaahtolasimurskeen tiheyteen, vaan enemmän vaikuttaa vaahtolasimurskeen kosteuspitoisuus ja tiivistymiskerroin. Aabøe et al. (2005) esittelee Norjan tiehallinnon (Statens Vegvesen) monitorointikohteet norjalaisilta tienrakennustyömailta, missä tutkittiin vaahtolasimurskeen pitkäaikaista tiheys- ja kosteuskäyttäytymistä tierakenteessa. Monitorointikohteiden vaahtolasimurskeen kosteuspitoisuuden ja tiheyden muutoksen tutkimustulosten keskiarvot on esitetty taulukossa 6. Rakennusvuosi-sarakkeessa on esitetty vaahtolasimurskerakenteen rakennusvuosi ja kenttätutkimus-sarakkeessa on esitetty tutkimusvuosi. Määrä-sarakkeessa on esitetty täytössä käytetyn vaahtolasimurskeen kokonaismäärä kuutiometreinä, kosteuspitoisuus-sarakkeessa rakenteesta otetun näytteen kosteuspitoisuus painoprosentteina ja tiheys-sarakkeessa rakenteessa olleen vaahtolasimurskeen tiheys kosteana. Näytteistä määritettiin myös seulomalla alle 8 mm vaahtolasimurskerakeiden määrä, joka on esitetty prosentteina viimeisessä sarakkeessa. (Aabøe et al. 2005 a; Aabøe & Øiseth 2005)

37 Taulukko 6. Kenttätutkimustulokset HASOPOR-vaahtolasimurskeelle tierakenteessa Norjassa (Aabøe et al. 2005 a; Aabøe & Øiseth 2005) Kohde Määrä [m3] Materiaalityyppi Rakennusvuosi Kenttätutkimus Kosteuspitoisuus [paino-%] Tiheys kosteana [kg/m3] Alle 8 mm # osuus [%] Lodalen Light 2001 2001 1500 3-18 325 - Rv 120 Light 2001 2001 2900-500 1) 15-65 E 6 Mule Light 2002 2002 550-295 25-35 E6 Eggemarka Standard 2002 2003 2004 1000 15-20? 345 384 2) 20 7-14 Postterminalen Standard 2000 2000 2750 - - 30 E6 Rosendal Standard 1999 2002 310 18 530 3) 30 E6 Klemetsrud Light 2003 2003 1100 0,5 271 5-20 1) Toimitetun materiaalin ja rakenteen tilavuuden avulla arvioitu asennetun materiaalin tiheys kuivana keskimäärin 300 kg/m3. 2) Keskiarvo kahdesta ylemmän kerroksen näytteestä. Mitattu kuivairtotiheys ja arvioitu kosteuspitoisuus 15 %. 3) Toimitetun materiaalin ja rakenteen tilavuuden avulla arvioitu asennetun materiaalin tiheys kuivana keskimäärin 350 kg/m3. Vaahtolasimursketta käytettiin rakentamisen aikaisten kiertoteiden keventeenä ja rakenteesta otettiin näytteitä rakennusaikana ja sen jälkeen. Näytteistä määritettiin rakenteen tiheys ja kosteuspitoisuus sekä seulomalla jaekokojakauma. Rv 120:n ja E6 Rosendalin työmailla vasta-asennetusta vaahtolasimurskerakenteesta ei tehty tiheysmääritystä, vaan asennetun vaahtolasimurskeen tiheys arvioitiin työmaalle toimitetun materiaalin ja rakenteen tilavuuden avulla. Rakenteesta mitatut tiheyden arvot osoittavat vaahtolasimurskeen tiheyden kasvaneen käytön aikana, mikä voi olla seurausta vaahtolasimurskeen kosteuspitoisuuden kasvusta. (Aabøe et al. 2005 a; Aabøe & Øiseth 2005) 4.2.2 Tiiviys Vaahtolasimurskerakenteen tiiviys vaikuttaa paljon rakenteen toimivuuteen. Löyhän tiivistämättömän vaahtolasimurskeen tiivistymiskerroin vastaa arvoa 1. Rakenteessa vaahtolasimurskeen tiivistymiskerroin on yleensä välillä 1,15 1,3. Tiivistymiskerroin kuvaa suhdelukua valmiin tiivistetyn rakenteen ja tiivistämättömän irtotavaran tiheyden välillä. (Skogstad et al. 2005; Aabøe et al. 2005 a) Koska vaahtolasimurskerakennekerroksen tiiviyttä ei voi mitata luotettavasti suoraan vaahtolasimurskeen päältä, lasketaan vaahtolasimurskekerroksen tiiviys vertaamalla materiaalimenekkiä täytettävään tilavuuteen. Tällöin mitataan maanpinta ennen täyttöä sekä täytön jälkeen ja lasketaan näin täytön tilavuus. Kun tiedetään täsmälleen toimitetun vaahtolasimurskeen määrä sekä murskeen tiheys löyhänä, saadaan vaahtolasimurskekerroksen tiivistymiskerroin jakamalla toimitetun vaahtolasimurskeen määrä lasketulla täytön tilavuudella. (Uusioaines Oy 2012) Vaihtoehtoisesti valmiiseen tiivistettyyn rakenteeseen voidaan upottaa teräsputki, jonka tilavuus on tiedossa. Vaahtolasimurske poistetaan putken sisältä ja poistetun vaahtolasimurskeen massa punnitaan maakosteana ja kuivana. Kun tiedetään putken

38 tilavuus ja vaahtolasimurskeen massa kuivana ja kosteana, saadaan määritettyä vaahtolasimurskekerroksen tiheys sekä kosteuspitoisuus. Tämä määritystekniikka on esitetty kuvissa 13 ja 14. Kuvassa 14 teräsputkea asennetaan vaahtolasimurskerakenteeseen ja kuvassa 13 mitataan näytteen korkeus tilavuusmääritystä varten. (Aabøe & Øiseth 2005; Statens vegvesen 2012) Kuva 14. Tiheyden määritys teräsputken avulla (Aabøe & Øiseth 2005) Kuva 13.Tiheyden määritys teräsputken avulla (Kjell Eriksen, Statens vegvesen 2012) Taulukossa 7 on esitetty jo edellisessä kappaleessa esitettyjen, Norjan tiekohteissa tehtyjen kenttätutkimusten tulokset vaahtolasimursketäytöissä havaituista muodonmuutoksista pitkäaikaisessa rakenteessa. (Aabøe & Øiseth 2005) Taulukko 7. Havaitut muodonmuutokset vaahtolasimursketäytöissä Norjassa (Aabøe et al. 2005 a) Kohde Täytön maksimipaksuus [m] Tiivistymiskerroin [-] Lyhytaikainen muodonmuutos [%] Pitkäaikainen muodonmuutos [%] Muodonmuutos luiskissa [%] Tiivistyskerroksen paksuus Lodalen 2 1,25 1,5-2,5 +0,5-1,0 4 2 m Rv 120 3 1,60 1 +0-0,5 2-3 1 m E6 Mule 3 1,25 - - - - E6 Eggemarka 4-1 +1,5 2-3 1-1,5 m E6 Rosendal 2,5 1,40 - - - 0,5 m E6 Klemetsrud 3 1,20 1 - - Jopa 4 m Aabøe et al. (2005) mukaan vaahtolasimurskerakenteen asennuksen jälkeinen muodonmuutos, eli rakenteen jälkitiivistyminen, jää pieneksi. Taulukossa 7 esitettyjen kenttätutkimusten mukaan lyhyen aikavälin rakenteen kokoonpuristumista on tapahtunut 1 2 % kerrospaksuudesta. Kolmen vuoden aikana havaitut muodonmuutokset ovat vähäisiä, ja korkeimmillaan rakentamisen jälkeistä tiivistymistä on kokeessa tapahtunut 1,5 % vaahtolasimurskekerroksen paksuudesta. Liikennekuorman aiheuttamat muodonmuutokset näyttäisivät olevan tierakenteen reunoilla huomattavasti muuta rakennetta suurempia, mikä viittaa siihen, että vaahtolasimurske kaipaisi parempaa sivuttaissuuntaista tukea, kuten tukipenkereitä. (Aabøe & Øiseth 2005)

39 4.2.3 Raemuoto ja -koko Vaahtolasimurskeen normaali raekoko on 10/60 mm (nimelliskoko d/d) ennen tiivistämistä. Tiivistämisen aikana vaahtolasimurskerakeet murtuvat, jolloin tiivistetyssä rakenteessa raekokojakauma poikkeaa suunnitteluohjeissa ilmoitetusta 10 60 mm raekokojakaumasta. (Pekkala 2013 b) Tiivistämättömän vaahtolasimurskeen raekokojakauma on esitetty kuvassa 15. Kuva 15. Foamit vaahtolasimurskeen raekokojakauma toukokuussa 2013, neljän näytteen keskiarvo (Pekkala 2013 a) Kuvasta 15 nähdään selvästi, kuinka raekooltaan lajittunut materiaali vaahtolasimurske on. Vaahtolasimurske luokitellaan tasarakeiseksi ja routimattomaksi materiaaliksi. Vaahtolasimurskeessa saa olla alle 2 mm rakeita enintään 4 %. Vaahtolasimurskeen raekokojakauma selvitetään seulomalla standardin SFS-EN 933-1 mukaisesti käyttäen standardissa SFS-EN 933-2 määriteltyä seulasarjaa. Vaahtolasimurskeen jauhaantumisen välttämiseksi seulominen tehdään varovaisesti ja mieluiten käsin, ja seulomisaika on pidettävä mahdollisimman lyhyenä. (Byggforsk 2005 a; Uusioaines Oy 2012) Kuvan 15 raekokojakaumaa ei ole määritetty standardin SFS- EN 933-2 mukaisella seulasarjalla, vaan kevytkiviainesstandardin SFS-EN 13055-2 perussarja +seulasarja 1 mukaisella seulasarjalla 2 mm raekoosta ylöspäin. Vaahtolasimurskeen raemuoto on kulmikas, mutta kuljetuksen ja käsittelyn ansiosta kulmistaan pyöristynyt. Vaahtolasimurskeen raemuoto säilyy samana, vaikka materiaali hienonee. Kaikki vaahtolasimurskeen terävät kulmat pyöristyvät materiaalin käsittelyn, kuljetuksen, levityksen ja tiivistyksen aikana ja viimeisetkin terävät kulmat murtuvat asennuksen yhteydessä. (Pekkala 2013 b) Kuvissa 16 ja 17 on havainnollistettu, kuinka vaahtolasimurskeen raemuoto muuttuu käsittelyn seurauksena terävän kulmikkaasta kulmistaan pyöristyneeksi.

40 Kuva 17. Kulmikasta vaahtolasimursketta suoraan tuotantolinjalta (Emilia Köylijärvi 2013) Kuva 16. Käsittelyn aikana kulmistaan pyöristynyttä vaahtolasimursketta (Emilia Köylijärvi 2013) 4.2.4 Murskautuvuus Murskautuvuus on kevytkiviainekselle määritettävä standardin EN 13055-1 mukainen materiaaliominaisuus, joka määritetään saman standardin liitteen A Murskautuvuuden määrittäminen mukaisesti. Kokeessa vaahtolasimurske on terässylinterissä ja sylinteriin työnnetään paineen avulla mäntä määrätylle etäisyydelle. Työntöön vaadittava työntövoima mitataan. Työntövoima jaettuna männän pinta-alalla ilmoitetaan murskautumiskestävyytenä. Käytännössä murskautuvuus siis tarkoittaa partikkelien murskauskestävyyttä eli puristuslujuutta. CUAP:n mukaan asennettaessa vaahtolasimurske kantavaan rakenteeseen on sen murskautuvuus määritettävä. (Byggforsk 2005 a) Foamit-vaahtolasimurskeen murskautuvuuden arvot on esitetty taulukossa 8. HASOPOR-vaahtolasimurskeen murskautuvuuden mittaustulokset on esitetty taulukossa 9. Taulukko 8. Foamit vaahtolasimurskeen murskautuvuuden arvot (Uusioaines Oy 2012) Tuote Foamit Kokoonpuristuma [%] Murskautuvuus [MPa] 10 0,3 0,4 20 > 0,9

41 Taulukko 9. HASOPOR- ja Glasopor-vaahtolasimurskeiden murskautuvuuden arvot (Byggforsk 2005 b; Sintef 2010) Tuote HASOPOR Light HASOPOR Standard Tiheys (kuiva, löyhä) [kg/m3] 180 230 Glasopor 185 Tiheys (kuiva, tiivistetty) [kg/m3] Kokoonpuristuma [%] Murskautuvuus [MPa] 180 0* 0 216 20 0,77 234 30 1,09 252 40 1,5 230 0* 0 276 20 0,92 299 30 1,35 322 40 1,96 185 0* 0* 231 20 0,77 264 30 1,33 308 40 1,89 * koe aloitettu kuormittamattomassa tilassa Taulukoiden 8 ja 9 arvoja vertaamalla voidaan havaita eri vaahtolasimursketuotteiden murskautuvuuden arvojen vastaavan hyvin toisiaan. Standardin EN 13055-1 mukaan kevytkiviaineksen murskauskestävyyden ja loppukäyttöominaisuuksien välille ei voida esittää selvää riippuvuutta. 4.3 Lujuusominaisuudet 4.3.1 Leikkauskestävyyskulma Silmämääräisesti voidaan arvioida vaahtolasimurskeen leikkauskestävyyskulman arvoksi vähintään 45, kun tarkastellaan luonnollista läjäkulmaa esimerkiksi varastokasasta (Statens vegvesen 2012). Suomessa Foamit-vaahtolasimurskeelle annetaan suunnitteluohjeessa leikkauskestävyyskulman mitoitusarvoksi 36 45 (Uusioaines Oy 2012). Tämä vaihteluväli on todella suuri, eikä leikkauskestävyyskulma näin ollen tuota luotettavia arvoja esimerkiksi rakenteita mitoitettaessa. Taulukossa 10 on esitetty HASOPOR Light-vaahtolasimurskeelle sovellettavat leikkauskestävyyskulman (φ) arvot. Taulukosta voidaan havaita, että eri jännitysalueille lujuusparametrien tulkinta on tehtävä eri tavalla. Leikkauskestävyyskulman suunnitteluarvona on käytettävä eri arvoja riippuen käyttökohteessa toteutuvista vaakasuuntaisista jännityksistä. Aksiaalisen muodonmuutoksen prosentuaaliset arvot, jotka on annettu vasemmanpuolimmaisessa sarakkeessa, viittaavat kolmiaksiaalikokeissa saavutettuihin tuloksiin. Oikeanpuoleisin sarake vastaa tilannetta, jossa partikkelien lujuus eli toisaalta vaahtolasimurskeen hienoneminen dominoi vaahtolasimurskeen käyttäytymistä ja on täten määräävä tekijä jännitystilan kannalta. (Statens vegvesen 2012)

42 Taulukko 10. HASOPOR Light-vaahtolasimurskeen suunnittelussa sovellettavat leikkauskestävyyskulman arvot kohteen jännitystilasta riippuen kolmiaksiaalikokeiden perusteella (Statens vegvesen 2012) Aksiaalinen muodonmuutos Vaakasuuntaiset jännitykset 0-20 kpa 0-45 kpa > 75 kpa 2 % φ = 44,5; c = 0 kpa φ = 36,7; c = 0 kpa Max pystykuormitus = 220 kpa 15 % φ = 44,5; c = 0 kpa φ = 44,5; c = 0 kpa Max pystykuormitus = 350 kpa Norjalaiselle HASOPOR Light-vaahtolasimurskeelle on tehty isomittakaavainen kolmiaksiaalikoe leikkauskestävyyskulman määrittämiseksi. Koejärjestelyn purkaminen on esitetty kuvassa 18, mistä voidaan havaita, että vaahtolasimurske pysyy kulmikkaan raemuotonsa ja karhean pintansa ansiosta lähes pystysuorassa kulmassa. Taulukossa 10 esitettyjä arvoja tukevat HASOPOR Light-vaahtolasimurskeelle tehtyjen kolmiaksiaalikokeiden tulokset, jotka on esitetty kuvan 19 kuvaajassa. (Aabøe et al. 2005 b) Kuva 18. HASOPOR-vaahtolasimurskeen leikkauskestävyyskulman määritys suurimittakaavaisella kolmiaksiaalikokeella (Aabøe et al. 2005 b)

43 Kuva 19. Kuvaaja HASOPOR-vaahtolasimurskeen leikkauskestävyyskulman määrityksestä kolmiaksiaalikokeella (Aabøe et al. 2005 b) Kuvan 19 kuvaajassa on esitetty Norjassa tehtyjen kolmiaksiaalikokeiden tulokset sellipaineen ja deviatorisen jännityksen suhteen. Kokeita on tehty 20, 45, 75 ja 150 kpa sellipaineissa. Punaisin ruuduin on esitetty pystysuuntaisen jännityksen kasvattamisen aiheuttama prosentuaalinen pystysuuntainen muodonmuutos näytteessä. Kuvaajassa on myös esitetty tietyillä mobilisoituneilla muodonmuutostasoilla (2 % ja 15 %) saavutettavat leikkauskestävyyskulman arvot. Muodonmuutostasolla 2 % leikkauskestävyyskulman arvoksi on saatu kolmiaksiaalikokeessa 36,7. Muodonmuutostasolla 15 % leikkauskestävyyskulman arvo on 44,5. 4.4 Muodonmuutosominaisuudet 4.4.1 Yleistä Vaahtolasimurskeen ominaisuuksien ymmärtämisen kannalta kiinnostavimmat muodonmuutosmoduulit ovat kimmomoduuli (E), kokoonpuristuvuusmoduuli (M), sekä Resilient-moduuli (Mr). Lisäksi vaahtolasimurskeen muodonmuutosominaisuuksia voidaan kuvata Poissonin luvun (ν) avulla. Liitteessä 3 on esitetty tarkemmin muodonmuutosmoduulien määräytyminen. 4.4.2 Kimmomoduuli Mitoitettaessa tierakenteen kuormituskestävyyttä niin kutsutulla kantavuusmitoituksella eli Odemarkin menetelmällä on tunnettava materiaalin kimmomoduuli (E). Kimmomoduuli kuvaa materiaalin muodonmuutosominaisuuksia. Vaahtolasimurskeen kimmomoduuli riippuu jännitystasosta ja siirtymätasosta. Materiaalissa vallitseva jännitystaso riippuu kunkin rakennuskohteen vallitsevasta kuormituksesta, kuten liikennekuormasta. (Aabøe & Øiseth 2005; Sintef 2010; Uusioaines Oy 2012)

44 E-moduulin likiarvo voidaan mitata esimerkiksi levykuormituslaitteella. Foamitvaahtolasimurskeen E-moduuli on määritetty levykuormituskokeista takaisinlaskennalla. Ohuella päällysrakenteella Foamit-vaahtolasimurskeen E-moduuli on 55 MPa. Paksulla päällysrakenteella vaahtolasimurskeen E-moduuli on suurempi, 70 MPa. Vaahtolasimurskeen kimmomoduuli rakenteessa on sitä parempi, mitä paksumpi päällysrakenne on. Lisäksi pohjamaan hyvä kantavuus sekä tukipenkereet kasvattavat vaahtolasimurskerakenteen kimmomoduulia. (Uusioaines Oy 2012) 4.4.3 Resilient-moduuli Jäykkyysmoduuli, eli resilient-moduuli (Mr), pystytään määrittämään toistokuormituksella, ja se on esitelty tarkemmin liitteessä 3. Foamit-vaahtolasimurskeen resilient-moduuli on määritetty syklisellä kolmiaksiaalikokeella. Glasopor- ja HASOPORvaahtolasimurskeiden resilient-moduulit on määritetty standardissa EN 13286-7 esitettyä syklistä kolmiaksiaalikoetta vastaavalla koejärjestelyllä. Foamit-vaahtolasimurskeen resilient-moduulit on esitetty taulukossa 11 ja HASOPOR- ja Glasoporvaahtolasimurskeiden resilient-moduulit taulukossa 12. Samat arvot on esitetty myös kuvaajalla kuvassa 20. Taulukko 11. Foamit-vaahtolasimurskeen resilient-moduuli (Mr) (Uusioaines Oy 2012) Keskimääräinen pääjännitys [kpa] Resilient - moduuli [MPa] 40 75 100 150 Taulukko 12. HASOPOR- ja Glasopor-vaahtolasimurskeiden resilient-moduuli (Mr) (Byggforsk 2005 b; Sintef 2010) Tuote HASOPOR Standard Tiheys (irtokuiva) [kg/m3] Tiivistymiskerroin [-] Tiheys (tiivistetty) [kg/m3] ~230 ~1,25 ~290 Glasopor ~185 ~1,25 ~230 Keskimääräinen pääjännitys [kpa] Resilient - moduuli [MPa] 40 75 60 100 80 125 100 150 20 75 50 160 100 240 150 290

45 Kuva 20. Foamit-, Glasopor- ja HASOPOR Standard-vaahtolasimurskeiden resilient-moduuli (Mr)(Byggforsk 2005 b; Sintef 2010, Uusioaines Oy 2012) Kuvasta 20 voidaan nähdä, että Foamit- ja HASOPOR-vaahtolasimurskeiden tulokset vastaavat täysin toisiaan, mutta Glasopor-vaahtolasimurskeen resilient-moduulit ovat huomattavasti korkeampia. Rakenteessa vaahtolasimurskeeseen kohdistuva dynaaminen kuormitus suositellaan rajoittamaan 75 kpa:iin (Aabøe et al. 2005 a; Uusioaines Oy 2012). Edes rakennusvaiheessa vaahtolasimursketta ei saa saattaa yli 75 kpa kuormituksen alaiseksi. Tiivistettäessä rakennusvaiheessa vaahtolasimurskeeseen ei tule kohdistaa yli 50 kpa dynaamista kuormaa. (Sintef 2010) Suurille liikennemäärille tarkoitetuissa rakenteissa vaahtolasimurske ei saa joutua yli 50 kpa dynaamisen kuormituksen alaiseksi (Byggforsk 2005 b). Tierakenteessa vaahtolasimurskeen elastisia ominaisuuksia voi verrata tavalliseen murskeeseen ja esimerkiksi pudotuspainomittauksissa mursketäytön ja vaahtolasimursketäytön väliset erot ovat osoittautuneet hyvin pieniksi (Aabøe et al. 2005 a). Jännityksen jakautumista vaahtolasimurskekerroksessa pystytään mallintamaan jännitysanalyysi-ohjelmistolla, kuten BISAR (Byggforsk 2005 b; Sintef 2010). 4.4.4 Ödometri-moduuli Ödometri-moduuli on kokoonpuristuvuusmoduuli, M, jonka määräytyminen on esitetty tarkemmin liitteessä 3. Vaahtolasimurskerakenteen kokoonpuristumisen riski staattisen kuormituksen, kuten betonilaatan, alaisena arvioidaan vaahtolasimurskeen kuormituskestävyyden perusteella. Sekä Glasopor- että HASOPOR-vaahtolasimurskeiden kuormituskestävyyttä on tutkittu suurella ödometrikokeella CUAP:n liite B:n mukaisesti. Tulokset on esitetty taulukossa 13. Tulokset on saatu jäykkäseinämäisessä sellissä asteittain staattista kuormitusta kasvattamalla ja tallentamalla pystysuuntainen muodonmuutos ajan funktiona. Kuvassa 21 on esitetty kuvaajalla saman kokeen tuloksista muodonmuutoksen kasvu kuormituksen funktiona. Ödometrimoduuli lasketaan jakamalla pystysuuntaisen kuormituksen muutos näytteen pystysuuntaisella muodonmuutoksella jokaisella kuormitusportaalla. (Byggforsk 2005 a)

46 Taulukko 13. HASOPOR- ja Glasopor-vaahtolasimurskeiden ödometrimoduulit (Byggforsk 2005 b; Sintef 2010) Tuote HASOPOR Light HASOPOR Standard Tiheys (kuiva, löyhä) [kg/m3] Tiheys (kuiva, tiivistetty) [kg/m3] 180 225 1,25 230 290 1,25 Glasopor 185-1,25 Kuormitusporras [kpa] Tiivistymiskerroin Ödometrimoduuli [MPa] Muodonmuutos [%] 0 7,0 0 25 4,0 0,4 50 3,0 1,2 80 2,5 2,4 100 2,5 3,1 150 2,5 5,1 250 2,5 9,0 0 10 0 25 10 0,3 50 8,0 0,5 80 7,0 0,9 100 6,5 1,2 150 5,5 2,1 250 4,0 4,2 0 7,0 0 25 7,0 0,3 50 4,0 0,6 80 2,5 1,3 100 2,5 2,2 150 2,5 4,3 250 2,5 8,5 Kuva 21. HASOPOR- ja Glasopor-vaahtolasimurskenäytteiden muodonmuutos kuormituksen funktiona ödometrikokeessa (Byggforsk 2005 b; Sintef 2010) Taulukossa 13 esitetyt ödometri-moduulin arvot määritetään tilanteessa, jossa materiaalin tiivistyminen ja murskautuminen ovat mukana ödometri-moduulin määrityksessä. Näin ollen ödometri-moduulin arvot ovat varsinkin suuremmilla kuormitus-

47 sessä. Näin ollen ödometri-moduulin arvot ovat varsinkin suuremmilla kuormitustasoilla todella pieniä. Vaahtolasimurskeen ödometri-moduulit näyttävät myös pienenevän, kun vaahtolasimurskeen tilavuuspaino kevenee. Jos vaahtolasimursketta käytetään suurten pistemäisten kuormien alla, on tehtävä lisätutkimuksia materiaalin soveltuvuudesta kohteeseen. (Byggforsk 2005 a) 4.4.5 Poissonin luku Poissonin luku (ν) on kimmoparametri, joka kuvaa materiaalin muodonmuutosominaisuuksia. Poissonin luku yhdistää aksiaalisen muodonmuutoksen ja poikittaiset normaalimuodonmuutokset: (RIL 1985) =, (14) missä ε 1 on näytteen aksiaalinen muodonmuutos ε 3 on näytteen vaakasuuntainen muodonmuutos Aiempia tutkimustuloksia vaahtolasimurskeen Poissonin luvusta ei ole käytettävissä. Poissonin luvun avulla on johdettavissa myös lepopainekerroin, K0: (RIL 1985) =, (15) missä ν on Poissonin luku 4.4.6 Pysyvät muodonmuutokset Staattisen kuormituksen alaisena vaahtolasimurskekerros käyttäytyy kuten maaainekset yleensä. Vaahtolasimurskekerrokseen jää plastinen, palautumaton muodonmuutos, eli viruma, jännityksen poistuttua (Aabøe et al. 2005 a; RIL 157-I). Virumatutkimukset on tehty HASOPOR-vaahtolasimurskeelle 500 mm halkaisijaltaan olevalla isomittakaavaisella ödometrikokeella jopa 250 kpa kuormituksella. Staattisen 250 kpa kuormituksen alla suurimmat virumat tapahtuvat ensimmäisen vuorokauden aikana. Mittauksia on jatkettu 14 vuorokautta, minkä jälkeen muodonmuutoskäyttäytyminen on mallinnettu 100 vuoden käyttöikään asti. Kuvassa 22 on esitetty kuvaajalla HASOPOR-vaahtolasimurskeen viruminen ja taulukossa 14 on esitetty saman kokeen tulokset. Taulukossa 15 on esitetty Glasopor vaahtolasimurskeen muodonmuutokset saman koejärjestelyn alaisena. (Byggforsk 2005 b; Aabøe et al. 2005 a; Sintef 2010)

48 Kuva 22. Isomittakaavaisessa ödometrikokeessa mitatut ja mallinnetut virumat staattisella 250 kpa kuormitustasolla (Aabøe et al. 2005 a) Kuten kuvasta 22 voidaan havaita, ensimmäisen päivän aikana kokoonpuristumista tapahtuu 2-2,5 %. Ensimmäisen päivän jälkeen seuraavan 50 vuoden aikana kokoonpuristumista tapahtuu alle 0,6 %. (Byggforsk 2005 b; Aabøe et al. 2005 a; Sintef 2010) Taulukko 14. HASOPOR-vaahtolasimurskeen pysyvät muodonmuutokset staattisessa kuormituksessa eri jännitystasoilla (Byggforsk 2005 b) HASOPOR Jännitystaso 80 kpa 150 kpa 250 kpa Muodonmuutos 1 päivän jälkeen [%] 2,4 5,1 9 Viruminen 1 päivän jälkeen, 1 vuoden aikana [%] Viruminen 1 päivän jälkeen, 50 vuoden aikana [%] 0,12 0,25 0,47 0,17 0,31 0,6 Kokonaisviruminen 50 vuoden aikana [%] 2,6 5,5 9,6 Taulukko 15. Glasopor-vaahtolasimurskeen pysyvät muodonmuutokset staattisessa kuormituksessa eri jännitystasoilla (Sintef 2010) Glasopor Jännitystaso 80 kpa 150 kpa 250 kpa Muodonmuutos 1 päivän jälkeen [%] 2,4 5 8,7 Viruminen 1 päivän jälkeen, 1 vuoden aikana [%] Viruminen 1 päivän jälkeen, 50 vuoden aikana [%] < 0,1 < 0,1 < 0,35 < 0,1 < 0,1 < 0,5 Kokonaisviruminen 50 vuoden aikana [%] 2,5 5,1 9,2

49 Eri vaahtolasimursketuotteiden viruman arvot vastaavat hyvin toisiaan. Kokonaisviruminen lisääntyy huomattavasti staattisen kuormituksen ollessa 250 kpa. Tie- ja katurakenteissa staattista kuormitusta tärkeämmäksi nousee syklisen kuormituksen vaikutus rakenteen pysyviin muodonmuutoksiin. Hienoneminen Kappaleen 4.2.1 taulukossa 6 on esitetty norjalaiset seulontatutkimuksen tulokset vaahtolasimurskeelle, joka on ollut vuoden raskaasti liikennöidyn tien rakenteessa. Tuloksista ei voida nähdä erityistä taipumusta vaahtolasimurskeen hienonemiseen tiekuormituksen alla (Aabøe et al. 2005 a). Seulotuissa näytteissä on alle 8 mm raekokoa keskimäärin 30 %, vaikkakin lajitteen suhteellisen osuuden vaihtelu on eri kohteiden välillä hyvin suuri. TTY:n laboratoriossa aiemmin tehdyissä korkean kuormitustason dynaamisissa kolmiaksiaalikokeissa materiaalin hienoneminen vaikeutti luotettavien tulosten saamista (TTY 2012). Suoraan liikennekuormituksen alla oleva vaahtolasimurske hienonee silminnähden, kuten voidaan havaita kuvasta 23. Kuva 23. Toistuvasti pyöräkuormaajalla yliajettua vaahtolasimursketta Uusioaines Oy:n tehtaan varastoalueella 5.4.2013 (Emilia Köylijärvi 2013) Kuvan 23 tilanteen ehkäisemiseksi ylimääräistä liikennöintiä suoraan vaahtolasimurskekerroksen päällä tulisi työmaaolosuhteissa välttää. On ensiarvoisen tärkeää noudattaa vaahtolasimurskevalmistajan rakennusohjeita. 4.5 Lämpö- ja kosteustekniset ominaisuudet 4.5.1 Kapillaarinen nousukorkeus Vaahtolasimurskeen kapillaarinen nousukorkeus määritetään standardin EN 1097-10 mukaisesti sillä erolla, että näytteen on oltava viisi kertaa näytteen suurimman raekoon levyinen ja korkuinen, mutta mitoiltaan vähintään 300 mm. Tutkittava näyte tiivistetään tulevaa käyttötarkoitusta vastaavasti. Ilmoitettu kapillaarinen nousukorkeus on kolmen koetuloksen keskiarvo. HASOPOR- ja Glasopor-vaahtolasimurskeiden kapillaariset nousukorkeudet on esitetty taulukossa 16. (Byggforsk 2005 a)

50 Taulukko 16. HASOPOR- ja Glasopor-vaahtolasimurskeiden kapillaariset nousukor keudet (Byggforsk 2005 b; Sintef 2010) Tuote Tiheys (tiivistetty) [kg/m3] Kapillaarinen nousukorkeus [mm] Veden imeytyminen [kg/m 2 ] HASOPOR Light ~240 < 120 3,9 1) HASOPOR Standard ~330 < 170 12,3 1) Glasopor ~230 < 175 6,8 2) 1) Vedenimeytyminen 50 viikon jälkeen 2) Vedenimeytyminen 52 viikon jälkeen HASOPOR Standard- ja Glasopor-vaahtolasimurskeiden kapillaariset nousukorkeudet ovat melko lähellä toisiaan. Foamit-vaahtolasimurskeen kapillaariseksi nousukorkeudeksi ilmoitettu 200 mm on norjalaisia vaahtolasimurskeita korkeampi. (Byggforsk 2005 a) 4.5.2 Vedenimeytyminen Vedenimeytyminen vaahtolasimurskeeseen on tärkeä materiaaliominaisuus, sillä se vaikuttaa suuresti vaahtolasimurskeen tilavuuspainoon pitkäaikaisessa rakenteessa. Vedenimeytyminen Foamit-vaahtolasimurskeeseen on määritetty pitkäaikaisessa upotuksessa. Foamit-vaahtolasimurskeen vedenimeytymisarvot on esitetty taulukossa 17. Taulukko 17. Vedenimeytyminen Foamit-vaahtolasimurskeeseen, kun näyte on vesiupotuksessa (Uusioaines Oy 2012) Kosteuspitoisuus [paino-%] Lyhytaikainen upotus (28 vrk) 60 Pitkäaikainen upotus (52 vk) 100 Vedenimeytymiskokeet on tehty Glasopor- ja HASOPOR-vaahtolaseille standardin EN 12087 metodin 2 mukaisesti seuraavin CUAP:ssa määritetyin poikkeuksin: näyte on tilavuudeltaan vähintään 10 litraa ja näyte ympäröidään verkolla, jonka silmäkoko on noin 2 mm. Varma tulos saadaan kolmelle näytteelle tehdystä koesarjasta. (Byggforsk 2005 a) Näytteitä ei ole tiivistetty ennen vedenimeytymiskokeita (Skogstad et al. 2005). Glasopor- ja HASOPOR-vaahtolasimurskeiden vedenimeytymisen arvot on esitetty taulukossa 18.

51 Taulukko 18. Vedenimeytyminen Glasopor- ja HASOPOR-vaahtolasimurskeisiin, kun näyte on vesiupotuksessa (Byggforsk 2005 b; Sintef 2010) 28 vrk upotuksessa [paino-%] Kosteuspitoisuus 52 vk upotuksessa [paino-%] 68 vk upotuksessa [paino-%] 68 vk upotuksessa [paino-%] Tiheys Tuote [kg/m3] Glasopor 185 60 116 - - HASOPOR Light 180 31-70 40* HASOPOR Standard 225 30-65 50* *) Vedenimeytymisestä vähennetty 5 minuutin aikana kokeen alussa rakeiden pinnalle tapahtunut imeytyminen. Glasopor- ja Foamit-vaahtolasimurskeiden vedenimeytymisen arvot ovat todella lähellä toisiaan. HASOPOR-vaahtolasimurskeen arvot pitkäaikaisessa upotuksessa eivät ole näiden kanssa täysin vertailukelpoisia eripituisen tutkimusjakson takia. HA- SOPOR-vaahtolasimurskeen vedenimeytymisen tuloksissa on vähennetty heti ensimmäisen 5 minuutin aikana tapahtunut veden imeytyminen rakeiden pinnalle. 4.5.3 Jäädytys-sulatuskestävyys Glasopor- ja HASOPOR-vaahtolasimurskeiden jäädytys-sulatuskestävyyttä on tutkittu ETA:a varten EN 12091 standardin mukaisesti Norjassa. Ensin koekappaleet on altistettu vedenimeytymiselle standardin EN 12087 mukaisesti. Vaahtolasimurskeen on annettu kyllästyä vedellä 4 viikkoa ja kokeen aikana vaahtolasimursketta on rasitettu 300 jäädytys-sulatussyklillä. Sintef:n (2010) ja Byggforsk:n (2005) mukaan vaahtolasimurskeen puristuslujuus ei osoita heikkenemisen merkkejä lähtötilanteeseen verrattuna jäädytys-sulatusrasituksen jälkeisessä isomittakaavaisessa ödometrikokeessa, joka on tehty sekä kostealle että kuivatulle materiaalille. Vaahtolasimurskeessa ei Aabøe et al. (2005) mukaan ole myöskään havaittavissa halkeamia tai hajoamista jäädytys-sulatuskokeen jälkeen. Jäädytys-sulatuskokeen jälkeisen vaahtolasimurskeen tiheyden arvot on esitetty taulukossa 5 kappaleessa 4.2.1. (Aabøe et al. 2005 a; Byggforsk 2005 b; Sintef 2010) 4.5.4 Vedenläpäisevyys Vaahtolasimurskeen vedenläpäisevyys arvioidaan raekokojakauman ja raemuodon perusteella mursketta ja soraa vastaavaksi. Vedenläpäisevyyden on arvioitu olevan 0,1 m/s. (Eriksson & Hägglund 2008) 4.5.5 Lämmönjohtokyky Vaahtolasimurske soveltuu kaikkien materiaalivalmistajien ja materiaalitutkimusten mukaan lämmöneristeeksi matalan lämmönjohtokykynsä ansiosta. Norjan rakennustutkimuskeskus, Norwegian Building Research Institute (NBI), on tutkinut HASOPORvaahtolasimurskeen lämmönjohtavuutta lämpövuo -kokeella EN 12667 ja ISO 8301 standardien mukaisesti (Skogstad et al. 2005). Foamit-vaahtolasimurskeen lämmönjohtavuuden arvot on esitetty taulukossa 19. Glasopor- ja HASOPOR-vaahtolasimurskeiden lämmönjohtavuuden arvot on esitetty taulukossa 20. Vaahtolasimurskeiden lämmönjohtavuudet vastaavat hyvin toisiaan.

52 Taulukko 19. Foamit-vaahtolasimurskeen lämmönjohtavuuden arvot (Uusioaines Oy 2012) Lämmönjohtavuus [W/mK] Kuiva 0,11 Kostea 0,15 Märkä 0,20 Aabøe et al. (2005) mukaan HASOPOR:n lämmönjohtavuus kuivana ja tiivistettynä on laboratorio-olosuhteissa 0,10 W/mK, kun ilman lämpötila on +10 C. Skogstad et al. (2005) mukaan kostean vaahtolasimurskeen taulukossa 20 esitetyt lämmönjohtavuuden korjatut arvot on laskettu seuraavan yhtälön mukaan: = λ +, (16) missä q on kokonaislämpövuo [W/m 2 ] λ on kostean materiaalin lämmönjohtavuuden arvo [W/mK] T on lämpötila [K] q pc on olomuodon muutosten aiheuttama lämpövuo [W/m 2 ] (Sandberg & Jonsson 1995, Skogstad et al. 2005 mukaan) Koska vesihöyryn diffuusion vastustusarvoa ei ollut tiedossa, sille käytettiin arvoa μ = 3. (Skogstad et al. 2005) Taulukko 20. Glasopor- ja HASOPOR-vaahtolasimurskeiden lämmönjohtavuuden arvot (Skogstad et al. 2005; Byggforsk 2005 b; Eriksson & Hägglund 2008; Sintef 2010) HASOPOR Light HASOPOR Standard Glasopor Tiheys (kuiva) [kg/m³] ~210 ~280 ~230 Tiivistymis-kerroin 1,15 1,25 1,25 Lämmönjohtavuus, kuiva materiaali λ [W/mK] 0,102 0,110 0,112 Korjauskerroin, kosteuspitoisuus 25 paino-% [Fm] 1,26 1,32 1,23 Korjattu lämmönjohtavuus, λ * kosteuspitoisuus 25 paino-% [W/mK] 0,129 0,145 0,138 Korjattu lämmönjohtavuus, λ * kosteuspitoisuus 58 paino-% [W/mK] 0,190 0,215 - Vaahtolasimurskeen mekaanisen kestävyyden vuoksi pelkkää lämmöneristyskerrosta suunniteltaessa on tärkeää ottaa huomioon, ettei vaahtolasimurskekerrokseen kohdistu murskaavaa tai leikkaavaa jännitystä liikennekuormituksesta. Vaahtolasimurskeen eristävä vaikutus voi myös johtaa tienpinnan jäätymiseen muusta tieympäristöstä poikkeavasti. (Aabøe & Øiseth 2005) Øiseth et al. (2006) esittelevät norjalaisessa tiekohteessa toteutetun tutkimuksen, jossa samalle tieosuudelle tehtiin 4 koerakennetta. Yksi rakenteista oli tavallinen murskerakenne ilman eristystä ja kolme muuta rakennetta oli eristetty XPS-eristeellä, kevytsoralla ja vaahtolasimurskeella. Tutkimuksen tuloksena vaahtolasimurskerakenne toimi parhaiten eristeenä. Tutkimuksen tulosta ei voida kuitenkaan pitää absoluut-

53 tisena totuutena ennen kuin mittauksia on saatu pidemmältä tutkimusjaksolta. (Øiseth et al. 2006) 4.6 Kemialliset ominaisuudet 4.6.1 Yleistä Vaahtolasimurske on palamaton amorfinen aine, joka koostuu pääosin piioksidista, eli kvartsista. Vaahtolasimurske on keraaminen materiaali, eikä vaahtolasimurske reagoi yleisten infrarakenteissa esiintyvien kemiallisten aineiden, kuten tiesuolan ja öljytuotteiden, kanssa. (Eriksson & Hägglund 2008; Ramboll 2013) Vaahtolasimurske ei sisällä haihtuvia yhdisteitä, eikä orgaanisia haitta-aineita (Ramboll 2013). Suomalaisen Foamit-vaahtolasimurskeen ph on 10. Emäksisyytensä vuoksi vaahtolasimurskeen ja sinkityn rakenteen väliin asennetaan suodatinkangas. (Uusioaines Oy 2012) Ruotsalaisen julkaisun mukaan vaahtolasimurske on kemiallisesti neutraali tai osallistuu reaktioihin heikkona emäksenä (Eriksson & Hägglund 2008). 4.6.2 Kokonaispitoisuudet Eräiden alkuaineiden kokonaispitoisuudet Foamit-, Glasopor- ja HASOPORvaahtolasimurskeissa on esitetty taulukossa 21. Foamit-vaahtolasimurskeen arseenin, bariumin, kadmiumin, kromin, kuparin, elohopean, molybdeenin, nikkelin, lyijyn, antimonin, seleenin ja sinkin kokonaispitoisuudet on määritetty standardien ISO 17294-2, EPA 3051A ja SFS-EN ISO 15587-1 mukaisesti. Metallien kokonaispitoisuudet on analysoitu ICP-MS tekniikalla. (Ramboll 2013) Taulukossa 21 vaahtolasimurskeen kokonaispitoisuuksia on verrattu seuraaviin arvoihin: Valtioneuvoston asetus maaperän pilaantuneisuuden ja puhdistustarpeen arvioinnista liitteessä esitettyihin kynnysarvoihin, eli PIMA-kynnysarvoihin (VNa 214/2007). Norjalaisiin vaahtolasimurskeelle määritettyihin, tierakentamisessa sovellettaviin, raja-arvoihin (Petkovic et al 2006). Valtioneuvoston asetus eräiden jätteiden hyödyntämisestä maarakentamisessa liitteessä 1 esitettyihin betonimurskejätteen uudelleenkäyttöä maarakenteessa koskeviin raja-arvoihin (VNa 591/2006). Suomessa ei ole omaa raja-arvoasteikkoa vaahtolasimurskeen sisältämien alkuaineiden kokonaispitoisuuksille. PIMA-kynnysarvot on tarkoitettu maaperän pilaantuneisuuden arviointiin, joten ne soveltuvat huonosti rakennustuotteeksi hyväksytyn vaahtolasimurskeen laadun arviointiin. Norjassa vaahtolasimurske on vakiinnuttanut paikkansa tierakenteissa käytettynä rakennustuotteena niin, että sen sisältämien alkuaineiden kokonaispitoisuuksille on määritetyt raja-arvot (Petkovic et al. 2006).

54 Taulukko 21. Glasopor-, HASOPOR- ja Foamit-vaahtolasimurskeissa esiintyvien tiettyjen alkuaineiden kokonaispitoisuudet ja viitearvot (Byggforsk 2005; Petkovic et al. 2006; VNa 591/2006; VNa 214/2007; Sintef 2010; Ramboll 2013) HASO- POR ICP-AES Alkuaineen pitoisuus [mg/kg] Alkuaine Glasopor ICP-AES määritys määritys HASOPOR XRF määritys Foamit ICP-MS määritys PIMA kynnysarvo Norjalaiset raja-arvot Arseeni 27 < 30 3,4-13 5 30 50 Barium 2,6 31 Kadmium 1,2 < 2 0,2-0,46 1 2 10 Kromi 488 < 400 7,4-18 100 550 400 Kupari 24 < 150 < 10-19 100 200 400 Elohopea < 0,01 1) < 0,15 < 0,2 0,5 1 Mangaani 9218 Molybdeeni < 2-4,4 Nikkeli 14 4-20 50 50 Lyijy 448 < 1000 23-37 60 800 300 Antimoni 0,92-6,6 2 150 Seleeni < 1 Betonimurskeen raja-arvot Sinkki 87 < 5 7,3 200 200 700 1) Alle havaittavan rajan Foamit-vaahtolasimurskeen arseenipitoisuus on korkeimmillaan 13 mg/kg, joka ylittää arseenin PIMA-arvon 5 mg/kg. Arseeni on erittäin myrkyllistä vesieliöille. Myös antimonin määrä, joka on korkeimmillaan 6,6 mg/kg, ylittää PIMA-raja-arvon 2 mg/kg. Tietyt antimoniyhdisteet luokitellaan erittäin myrkyllisiksi vesieliöille. (Reinikainen 2007) PIMA-arvot on määritetty maaperälle, jonka tilavuuspaino 1500 2000 kg/m 3 on huomattavasti suurempi kuin vaahtolasimurskeen 200 250 kg/m 3, joten tilavuutta kohti vaahtolasimurskeen sisältämät haitta-ainemäärät ovat verrattain pieniä. (Ramboll 2013) 4.6.3 Liukoisuus Glasopor-, HASOPOR- ja Foamit-vaahtolasimurskeiden liukoisuusmääritykset on esitetty taulukossa 22. Vaahtolasimurskeiden liukoisuudet on määritetty 2-vaiheisella ravistelutestillä standardin SFS-EN 12457-3 mukaisesti. Vertailun vuoksi taulukossa on esitetty maarakenteissa uudelleenkäytettävän betonimurskejätteen liukoisuuksien raja-arvot (VNa 591/2006).

55 Taulukko 22. Glasopor-, HASOPOR- ja Foamit-vaahtolasimurskeissa esiintyvien tiettyjen alkuaineiden liukoisuudet 2- vaiheisessa ravistelutestissä ja viitearvot (Byggforsk 2005 b; VNa 591/2006; Sintef 2010; Ramboll 2013) Alkuaineen pitoisuus [mg/kg] Alkuaine Glasopor HASOPOR Foamit Betonimurskejätteen raja-arvot Arseeni 1,66 2 0,75-2,6 0,5 Barium 0,11-0,39 20 Kadmium < 0,0019 < 0,005 1) < 0,02 0,02 < 0,02 - Kromi 0,018 0,05 0,048 0,5 Kupari 0,025 0,1 < 0,02-0,12 2,0 < 0,003 - Elohopea 0,002 0,003 0,01 Mangaani 1,35 Molybdeeni 0,044-0,12 0,5 Nikkeli 0,014 < 0,02-0,09 0,4 Lyijy 0,055 0,05 0,036-0,57 0,5 Antimoni 0,43-1,9 0,06 < 0,02 - Seleeni 0,043 0,1 Sinkki 0,032 < 0,02 4,0 1) Alle havaittavan rajan Vaahtolasimurskeiden liukoisuuksissa arseenin ja antimonin määrät ovat vertailtuja raja-arvoja korkeammat, samoin kuin alkuaineiden kokonaispitoisuuksissakin. Myös lyijyn määrä ylittää korkeimmillaan 0,57 mg/kg arvolla 0,5 mg/kg raja-arvon. Lyijypitoisuus selittynee kierrätyslasin joukossa olevalla mahdollisella lyijylasijätteellä. Myös liukenevuusarvojen tarkastelussa on huomioitava, että raja-arvot on määritetty rakennusaineelle, jonka tilavuuspaino 1500 2000 kg/m 3 on huomattavasti suurempi kuin vaahtolasimurskeen 200 250 kg/m 3, joten tilavuutta kohti vaahtolasimurskeen sisältämät haitta-ainemäärät ovat verrattain pieniä. (Ramboll 2013) Rambollin tekemässä kulkeutumisriskianalyysissä on todettu, ettei vaahtolasimurskeen käyttö tierakenteessa aiheuta pohjaveden pilaantumisriskiä vettäläpäisevän maa-aineksen alueilla, sillä tällaisilla alueilla pohjavedenvirtaus laimentaa edellä mainittujen kriittisten haitta-aineiden pitoisuudet merkityksettömän alhaiselle tasolle. Myöskään hienorakeisten maalajien alueilla vaahtolasimurske ei aiheuta merkittävää pohjavedenpilaantumisriskiä, sillä tällaisten alueiden pohjavesimuodostumat eivät ole hyödynnettävissä. (Ramboll 2013)

56 5 Tutkimusmenetelmät ja tulokset 5.1 Kenttätutkimukset 5.1.1 Kosteuspitoisuus Maarakenteessa pitkäaikaisesti olevan vaahtolasimurskeen kosteuspitoisuuden kehittymistä tutkittiin ottamalla vaahtolasimurskenäyte varastokasasta. Näytteen kosteus on kasassa vaahtolasimurskeeseen kertyvää kosteutta, joka syntyy, kun sadevesi ja muu ympäristöstä kertyvä kosteus pääsee hitaasti virtaamaan varastokasan läpi. Kuvassa 24 on esitetty vaahtolasimurskeen varastokasa Kirkkonummella. Vaahtolasimurske oli ajettu varastokasaan 5.10.2012. Näytteet otettiin 13.5.2013 kaivamalla kasa auki työkoneavusteisesti. Näytteitä otettiin kaksi. Kummankin näytteen määrä oli 10 litraa. Näytteet säilytettiin vesitiiviissä astioissa ennen kosteuspitoisuuden määritystä. Varastokasasta otettujen näytteiden kosteuspitoisuuden määritys tehtiin Uusioaines Oy:n tehtaan laboratoriossa 22.5.2013. Kosteat näytteet punnittiin aluksi kuljetusastian kanssa. Ensimmäinen näyte jaettiin kahdelle kuivatuspellille ja toinen näyte kolmelle kuivatuspellille. Näytteitä kuivattiin 110 C lämpötilassa kaksi tuntia ja jäähdytettiin vähintään kaksi tuntia ennen punnitsemista. Tätä toistettiin yhteensä kolme kertaa. Neljännellä kerralla näytteitä kuivattiin vain 1 tunti. Ensimmäisen näytteen kosteuspitoisuudeksi saatiin 34 % ja toisen näytteen kosteuspitoisuudeksi 27 %. Kosteuspitoisuuden määrityksen mittauspöytäkirja on esitetty liitteessä 4. Kuva 24. Vaahtolasimursketta varastokasassa Kirkkonummella (Uusioaines Oy Jarmo Pekkala 2013)

57 5.2 Laboratoriotutkimukset 5.2.1 Tiivistyskoe Vaahtolasimurskeelle tehtiin laboratorio-olosuhteissa tiivistyskoe, jonka tarkoituksena oli replikoida tiivistystyön vaahtolasimursketta hienontavaa vaikutusta ja toisaalta tiivistyksen ja hienonemisen vaikutusta vaahtolasimurskeen kantavuusarvoihin. Vaahtolasimurskeen tiivistyskokeet tehtiin Tampereen teknillisen yliopiston rakennushallissa 13. 17.6.2013. Professori Pauli Kolisojan suunnittelema tiivistyskokeen periaate on esitetty liitteessä 5. Koe rakennettiin 2 metriä pitkään, 0,95 metriä leveään ja 1,5 metriä korkeaan, pohjasta avoimeen teräslaatikkoon. Periaatekuva koejärjestelystä on esitetty kuvassa 25. Koetta varten Uusioaines Oy toimitti 3 suursäkillistä Foamit 60A -vaahtolasimursketta, josta seulottiin ennen näytteen rakentamista pois alle 18 mm raekoon aines. Vaahtolasimurske oli koehetkellä toimituskosteudessa, kuivana suoraan valmistuslinjalta. Kuva 25. Periaatekuva tiivistyskokeen laatikon dimensioista ja koejärjestelystä Jokaisen vaahtolasimurskekerroksen alle asennettiin suodatinkangas löyhästi niin, että voimat välittyivät vaahtolasirakeelta toiselle myös kerrosten välillä. Näyte rakennettiin 30 cm paksuisina kerroksina. Kuvassa 26 on esitetty, kuinka suodatinkangas on asetettu teräslaatikon pohjalle lattiaa vasten ja kuinka vaahtolasimursketta levitetään laatikon sisällä. Kuva 26. Tiivistyskoenäytteen pohjakerroksen rakentaminen (Emilia Köylijärvi 2013)

58 Kerroksen paksuus määritettiin asettamalla vaahtolasimurskeen päälle vaneri, jonka yläreunan etäisyys laatikon yläreunasta mitattiin, kuten kuvassa 27 on esitetty. Mittaukset tehtiin 6 mittapisteestä, joiden sijainti on esitetty mittauspöytäkirjassa liitteessä 6. Jokaiseen kerrokseen levitetyn vaahtolasimurskeen määrä punnittiin 5 gramman tarkkuudella. Näytteen kokonaiskorkeus oli 122 cm ennen tiivistyksen aloitusta. Näytteen rakentamisen aikana mitatut näytteen painon ja korkeuden mittaustulokset on esitetty mittauspöytäkirjassa liitteessä 6. Näytteeseen käytettiin kokonaisuudessaan 492 kg vaahtolasimursketta ja näytteen lopullinen kokonaistilavuus oli 2,3 m 3. Näin ollen näytteen keskimääräinen irtotiheys ennen tiivistyksen aloitusta oli 217 kg/m 3. Näytteen dimensiot ennen tiivistyksen aloittamista on esitetty taulukon 24 ylälaidassa. Kuva 27. Periaatekuva tiivistyskoenäytteen korkeusmittojen mittaamisesta (Emilia Köylijärvi 2013) Koko vaahtolasimurskenäytettä tiivistettiin vanerilevyn päältä 127 kg painoisella Jytätärylevyllä yksi kierros kerrallaan, kuten on esitetty kuvassa 28. Yksi kierros täryjyrällä laatikon sisäpuolen ympäri vanerin päällä kesti noin 30 sekuntia. Tiivistäminen tapahtui vanerilevyn päältä, jolloin tärylevyn vaikutus tasattiin laajemmalle alueelle kerroksen pinnalla ja tärylevyn helppo liikkuvuus pystyttiin takaamaan. Tärylevy ei osunut tiivistyksen aikana laatikon reunoihin, jolloin tiivistävä vaikutus tuli vaahtolasimurskekerrokseen vain ylhäältä päin. Jokaiseen tiivistyskierrokseen kulunut aika kellotettiin ja tiivistyksen jälkeen kerroksen korkeus mitattiin samoista 6 mittauspisteestä kuin näytteen kokoamisvaiheessa. Näin tiivistämällä ja mittaamalla jatkettiin yhteensä 8 tiivistyskierrosta. Sen jälkeen tehtiin vielä kaksi korkeusmittausta niin, että ennen korkeusmittausta tärylevyllä tehtiin kaksi tiivistyskierrosta, eli yhtä korkeusmittausta vastaava tiivistysaika kaksinkertaistui. Tiivistyskoetta jatkettiin niin kauan, että rakenteen tiivistyminen yhden tiivistyskierroksen aikana vakiintui noin 6 mm:iin. Näytteen kokonaispaksuuden muutoksen mittaustulokset tärytyskierrosten välillä sekä tärytysajat on esitetty mittauspöytäkirjassa liitteessä 7. Kokonaisuudessaan näyte tiivistyi 130 mm, eli noin 10 % kokonaispaksuudestaan, kuten voidaan lukea taulukosta 24.

59 Kuva 28. Tiivistyskoenäytteen tiivistys täryjyrällä vanerilevyn päältä (Emilia Köylijärvi 2013) Ennen tiivistystyön aloitusta ja jokaisen tiivistyskierroksen jälkeen vaneri nostettiin näytteen päältä ja tiivistetyn kerroksen pinnalta mitattiin tiivistetyn materiaalin jäykkyyttä kuvaava moduuliarvo käsikäyttöisellä Loadman-pudotuspainolaitteella. Loadman-pudotuspainolaitteen alla käytettiin 200 mm halkaisijaltaan olevaa kuormituslevyä. Pudotettava paino oli massaltaan 10 kg. Pudotuspainomittaukset tehtiin jokaisen tiivistyskierroksen jälkeen näytteen keskilinjalta kolmesta pisteestä, joiden sijainti on esitetty mittauspöytäkirjassa liitteessä 8. Jokaisesta mittauspisteestä tehtiin jokaisella mittauskerralla kolme peräkkäistä pudotuspainomittausta. Loadman-pudotuspainolaitteen käyttö on esitetty kuvassa 29. Kuva 29. Tiivistetyn vaahtolasimurskeen jäykkyyttä kuvaavan moduuliarvon mittaus käsikäyttöisellä Loadman-pudotuspainolaitteella (Emilia Köylijärvi 2013) Tiivistystyön loputtua vaahtolasimurskeen lopullinen korkeustaso mitattiin ja tehtiin pudotuspainolaitemittaukset kahdessa mittauspisteessä kolmesti ja viimeisessä mittauspisteessä kuudesti, jotta pystyttiin havainnoimaan, mihin E-moduulin arvoon mittauspisteen pudotuspainolaitemittaustulokset asettuvat. Taulukossa 23 on esitet-

60 ty pudotuspainolaitemittauksen toisen pudotuksen tuottamien E2-arvojen kolmen mittauspisteen keskiarvot tiivistyskierroskohtaisesti. Taulukon viimeisessä sarakkeessa on esitetty moduuliarvon muutos tiivistyskierrosta kohti, sillä ennen kahta viimeistä pudotuspainolaitemittausta täryjyrällä tiivistettiin kaksi kierrosta. Täysi mittausdata on esitetty mittauspöytäkirjassa liitteessä 8. Taulukko 23. Pudotuspainolaitemittausten E2-moduuliarvojen kierroskohtaiset kolmen mittauspisteen keskiarvot, täysi mittausdata liitteessä 8 Tiivistyskierrokset E-moduuli [MPa] Muutos edelliseen [MPa] Muutos/ tiivistyskierros [MPa] 0 18 - - I 26 8 8 II 29 3 3 III 33 4 4 IV 34 1 1 V 37 3 3 VI 40 2 2 VII 41 1 1 VIII 43 2 2 IX 47 * 4 2 X 49 * 2 1 * Kaksi tiivistyskierrosta Ylin vaahtolasimurskekerros purettiin käsityönä muovisia työkaluja avuksi käyttäen, koska ylimmän kerroksen pinta oli pakkautunut hyvin tiiviiksi. Vaahtolasimurskekappaleet olivat liikkuneet vain vähän paikaltaan. Suuri osa suurimmista vaahtolasimurskerakeista oli murtunut ja halkeillut, mutta pysynyt muuten paikallaan. Mitä lähemmäksi ylimmän kerroksen pohjaa purkaminen eteni, sitä pienemmäksi rakeet olivat hajonneet. Suodatinkankaan päälle oli varissut ohut kerros hienorakeista vaahtolasimursketta. Näytteestä purettu vaahtolasimurske seulottiin 18, 8 ja 4 mm seulaverkkoja käyttäen hellävaroin manuaalisesti ja eri raekoon jakeet punnittiin 5 g tarkkuudella. Suodatinkangas poistettiin ja seuraavan vaahtolasikerroksen yläpinnan korkeusasema mitattiin vanerin päältä. Vaneria käytettiin korkeuserojen tasaamiseksi. Alemmat kerrokset eivät olleet pakkautuneet pinnastaan yhtä tiukaksi kerrokseksi kuin ylimmän kerroksen pinta. Näin ollen toisen ja kolmannen kerroksen purkamisessa pystyttiin käyttämään avuksi teräslapiota. Kun näytteen rakenne purkamisen edetessä löyhtyi, pienemmät vaahtolasirakeet varisivat lähemmäs kerroksen pohjaa. Ennen näytteen alimman kerroksen purkamista teräslaatikko nostettiin pois näytteen ympäriltä purkamisen helpottamiseksi. Näytteen purkuvaiheen korkeusmittaustulokset ja seulontatulokset on esitetty liitteessä 9. Näytteen kerrosten yläpintojen korkeustasojen muutokset sekä niistä johdetut kerrospaksuuksien ja tiheyden muutokset on esitetty taulukossa 24.

61 Taulukko 24. Tiivistyskokeen tulokset. Kerrosjärjestys esitetty kuvassa 25. ENNEN TIIVISTYSTÄ TIIVISTYKSEN JÄLKEEN I Kerros II Kerros III Kerros IV Kerros Yhteensä Näytteen paino [kg] 119,5 123,0 131,4 118,1 492,0 Paksuus [mm] 325,7 298,8 313,0 279,8 1217,3 Tilavuus [m 3 ] 0,6 0,6 0,6 0,5 2,3 Tiheys [kg/m 3 ] 193,1 216,6 221,0 222,0 212,7 < 18 mm # aines [kg] 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 < 18 mm # aines [kg] 1,4 2,1 3,4 4,0 11,0 Hienontuminen [%] 1,2 1,7 2,6 3,4 2,2 Yläpinnan muutos [mm] -9,2-17,3-46,3-130,3-130,3 Paksuuden muutos [mm] -9,2-8,2-29,0-84,0-130,3 Paksuuden muutos [%] -2,8-2,7-9,3-30,0-10,7 Uusi tilavuus [m 3 ] 0,6 0,6 0,5 0,4 2,1 Uusi tiheys [kg/m 3 ] 198,7 222,7 243,5 317,3 238,2 Tiheyden muutos [%] 2,8 2,7 9,3 30,0 10,7 5.2.2 Staattiset kolmiaksiaalikokeet Kolmiaksiaalikokeessa kuormitetaan sylinterinmuotoista materiaalinäytettä aksiaalisymmetrisessä jännitystilassa. Näin voidaan imitoida luonnossa materiaaliin kohdistuvia maanpaineita ja kuormituksia. Kun tutkitaan karkearakeisia materiaaleja, kolmiaksiaalikoenäyte rakennetaan sullontamuottiin tiivistämällä. Kuvassa 30 on esitetty Tampereen teknillisen yliopiston suurimittakaavainen kolmiaksiaalikoelaitteisto, jolla voidaan testata jopa 200 mm ja 300 mm halkaisijaltaan olevia näytteitä. Rakennettava näyte ympäröidään kumilla, jolloin näytteen sisälle saadaan imettyä tyhjiö, kuten voidaan nähdä kuvasta 31. Tämän jälkeen näyte sijoitetaan tiiviiseen terässelliin, jonka sisälle saadaan paineilmalla luotua kaikissa kolmessa akselisuunnassa yhtä suuret pääjännitykset (σ3). Näytettä puristetaan kokoon pystysuunnassa päätylevyn avulla. Pystysuora puristava voima aiheuttaa näytteeseen pystysuoran lisäjännityksen. Kun laskennallisesti lisäjännitys lisätään sellipaineeseen, saadaan pystysuora pääjännitys (σ1). Deviatoriseksi jännitykseksi (q) kutsutaan pääjännitysten erotusta, (σ1 - σ3). Kolmiaksiaalikoelaitteiston anturit mittaavat näytteessä tapahtuvia muodonmuutoksia sekä näytteeseen vaikuttavia voimia kuormituksen aikana.

62 Kuva 30. Kolmiaksiaalikoelaitteisto, näyteselli. Kuormitus ei vielä alkanut. (Emilia Köylijärvi 2013) Uusioaines Oy:n Foamit 60A vaahtolasimurskeella tehtiin staattiset kolmiaksiaalikokeet tarkemman lujuus-muodonmuutoskäyttäytymisen selvittämiseksi. Kokeet tehtiin Tampereen teknillisen yliopiston rakennushallissa 18. 23.7.2013 suurella kolmiaksiaalikoelaitteistolla. Kolmiaksiaalikoelaitteiston omien mitta-antureiden lisäksi vaahtolasimurskenäytteen ympärysmitan muodonmuutosta tarkkailtiin kolmella mitta-anturilla, jotka on esitetty kuvassa 31. Näillä mitta-antureilla pystyttiin mittaamaan näytteen vaakasuuntainen muodonmuutos luotettavasti, sillä mittatulos jakautuu paremmin useamman rakeen vaikutuspiiriin, eikä yksittäisen suuren rakeen siirtymä vaikuta harhaanjohtavan voimakkaasti vaakasuuntaisen muodonmuutoksen mittaustuloksiin.

63 Kuva 31. Kolmiaksiaalikoenäytteen ympärysmitan muodonmuutoksen mittalaitteisto. 20 kpa sellipaineessa kuormitettava vaahtolasimurskenäyte ennen terässellin paikalleen asentamista. (Emilia Köylijärvi 2013) Näytekappaleet olivat sisähalkaisijaltaan 300 mm ja korkeudeltaan 550 600 mm. Näytteen piiri mitattiin 6 eri korkeusasemasta. Näytteiden tarkemmat mitat on esitetty liitteessä 10. Näytteet tehtiin vaahtolasimurskeella, josta oli poistettu alle 18 mm raekoon aines ennen näytteen rakentamista. Vaahtolasimurskeen raekoko oli tehdyissä näytteissä välillä 18 64 mm. Vaahtolasimurske kostutettiin pintakosteaksi sumuttamalla rakeiden päälle tislattua vettä ja antamalla veden imeytyä yön yli rakeiden pinnalle. Näytteiden kosteuspitoisuudet ennen kokeita ja kokeiden jälkeen on esitetty taulukossa 25. Kosteiden näytteiden tiheydet olivat ennen koetta 243 256 kg/m 3, jotka asettuvat tiivistetyn Foamit-vaahtolasimurskeen suunnitteluohjeessa annetun tiheyden vaihteluvälin (220 280 kg/m 3 ) keskivaiheille tai hieman puolivälin alle. Koesarjassa kuormitettiin kolme näytettä: ensimmäinen 20 kpa, toinen 40 kpa ja kolmas 80 kpa sellipaineessa. Ensimmäinen näyte tiivistettiin yhtenä kerroksena. Tiivistys tehtiin tärylevyllä teräslevyn päältä. Tärylevyllä tärytettiin 5 kertaa noin 1 sekunnin jaksoissa. Tiivistysvaikutus jäi vähäiseksi, mikä näkyi näytteen alaosan yläosaa pienempänä halkaisijana, kun näyte mitattiin ennen kuormitusta. Kuvasta 31 voidaan nähdä näytteen ympärysmitan epätasalaatuisuus. Ensimmäisen näytteen kosteuspitoisuus kokeen alkaessa oli 13 %.

64 Ensimmäinen näyte kuormitettiin vakioidulla 20 kpa sellipaineella. Deviatorista jännitystä kasvatettiin siirtymäohjauksella, eli muodonmuutosnopeus pidettiin vakiona. Deviatorinen jännitys ja pystysuuntainen muodonmuutos kasvoivat tasaisesti ilman selkeitä porrastuksia. Kuormitusta jatkettiin niin kauan, että näytteessä oli tapahtunut pystysuuntaista kokoonpuristumista noin 5 % näytteen kokonaiskorkeudesta. Kuormituksen jälkeen näytteen mitat kirjattiin ylös ja puretun näytteen vaahtolasimurske seulottiin 2, 4, 8 ja 16 mm seuloilla. Seulontojen tulokset on esitetty liitteessä 11. Ensimmäisen näytteen halkaisija kasvoi kokeen aikana keskiarvoisesti 1,38 %. Eniten näytteen leviämistä tapahtui näytteen alaosassa, jonka halkaisija kasvoi jopa 3,3 % kuormituksen seurauksena. Liitteen 11 seulontatuloksista voidaan nähdä, että näytteen kahdessa alemmassa kolmanneksessa oli 2 prosenttiyksikköä enemmän alle 16 mm raekoon materiaalia kuin näytteen yläosassa. Toinen näyte tiivistettiin kolmessa kerroksessa. Jokaista kerrosta tiivistettiin tärylevyllä 3 kertaa noin 1 sekunnin jaksoissa. Kerroksittainen tiivistys johti mitoiltaan tasaisempaan näytteeseen verrattuna ensimmäiseen näytteeseen. Toinen näyte kuormitettiin 40 kpa sellipaineessa ja koe tehtiin samoin kuin ensimmäiselle näytteelle. Toinen näyte oli kokeen alkaessa 8,8 % kosteuspitoisuudessa. Toisen näytteen halkaisija kasvoi kokeen aikana maltillisemmin kuin 20 kpa sellipaineen kokeessa, eli keskiarvoisesti vain 0,25 %. Näytteen alaosa säilyi mitoiltaan täysin muuttumattomana. 40 kpa sellipaineessa kuormitettu näyte hienoni kokonaisuutena yhtä paljon kuin 20 kpa sellipaineella kuormitettu näyte. Raekokojakauma kuitenkin paljastaa alle 16 mm raekoon aineksen määrässä jopa 4 prosenttiyksikön eron näytteen yläosan ja alaosan välillä. Tämä voi selittyä sillä, että hienontunut vaahtolasimurske varisee kokeen aikana näytteen pohjalle. Kolmas näyte tiivistettiin, kuten toinenkin, kolmessa kerroksessa. Kolmas näyte kuormitettiin 80 kpa sellipaineella ja koe tehtiin samoin kuin aiemmille näytteille. Kolmas näyte oli kokeen alkaessa 5,0 % kosteuspitoisuudessa. Sellipaineella 80 kpa kuormitettu näyte käyttäytyi aiempiin koekappaleisiin nähden erikoisesti, sillä sen halkaisija ei suurentunut lainkaan kokeen aikana eli näyte ei puristuksen alaisena levinnyt. Päinvastoin näytteen halkaisija pieneni koko näytteen korkeudelta 0,2 1,4 %. Kolmannessa näytteessä oli kokeen jälkeen kaikista koenäytteistä eniten alle 16 mm raekoon ainesta, kuten voidaan nähdä kuvasta 32. Koko näytteen materiaalimäärästä kuitenkin vain 5,8 % oli raekooltaan alle 16 mm. Vaahtolasimurskeelle tehdyt kolmiaksiaalikokeet tehtiin avoimessa tilassa, jolloin huokosvedenpainetta ei ole. Näin ollen mitatut kokonaisjännitykset vastaavat tehokkaita jännityksiä. Tavallisesti maanäytteessä syntyisi murtotilanne, kun pystysuora lisäjännitys saavuttaa suurimman arvonsa, mutta vaahtolasimurskenäytteillä ei saavutettu selvää murtotilannetta. Kolmiaksiaalikokeiden lisäksi suoritettiin yhdelle näytteelle vertailun vuoksi sullontakoe. Tämä näyte jäi kaikista löyhimmäksi ja materiaalin hienonemistakin tapahtui sullontakokeessa vähiten, mikä voidaan havaita kuvasta 32.

65 Kuva 32. Taulukko 25. Kolmiaksiaalikokeessa kuormitettujen näytteiden yhdistetyt seulontatulokset Kolmiaksiaalikoenäytteiden tiheydet, kosteuspitoisuudet ja mitat ennen koetta ja kokeen jälkeen 20 kpa 40 kpa 80 kpa Sullonta Koenäytteen tiheys [kg/m3] 256 248 243 231 Kosteuspitoisuus ennen koetta [%] 13,0 8,8 5,0 4,9 Kosteuspitoisuus kokeen jälkeen [%] 10,2 8,2 4,6 4,1 Kuivairtotiheys ennen koetta [kg/m3] 227 228 231 - Kuivairtotiheys kokeen jälkeen [kg/m3] 233 239 247 221 Piiri, keskiarvo, ennen koetta [mm] 929,2 934,4 940,3 - Piirin muutos, keskiarvo [mm] 12,7 5,0-5,6 - Halkaisija, keskiarvo, ennen koetta [mm] 291,8 294,4 295,3 - Halkaisijan muutos, keskiarvo [mm] 4,0 0,7-1,8 - Halkaisijan muutos [%] 1,38 0,25-0,60 - Korkeuden muutos [mm] 30,0 32,0 32,0 - Korkeuden muutos [%] 5,35 5,33 5,30 - Kolmiaksiaalikoenäytteiden mittaustulokset on laajemmin esitetty liitteessä 10. Kolmiaksiaalikokeiden näytteet jäivät kohtalaisen löyhiksi verrattuna tiivistyskokeella saavutettuihin tiiviyksiin. Vaahtolasimurskenäytteitä ei haluttu tiivistää liikaa, ettei vaahtolasimurske hienontuisi ennen varsinaista kolmiaksiaalikoetta.

66 6 Tulosten tarkastelu 6.1 Tiiviys TTY:n rakennushallissa tehdyssä tiivistyskokeessa selvästi eniten tiivistyi näytteen ylin eli 4. kerros. Silmämääräisen havainnoinnin lisäksi mittaukset vahvistavat tätä päätelmää, kuten kuvaajista kuvista 33 ja 34 voi nähdä. Kuva 33. Vaahtolasimurskeen tiheyden muutos tiivistyskokeen aikana. Kerrosjärjestys esitetty kuvassa 25. Kuva 34. Vaahtolasimurskeen tiivistyminen tiivistyskokeessa. Kerrosjärjestys esitetty kuvassa 25. Ylimmän kerroksen 30 % tiivistyminen tarkoittaa samaa kuin tiivistymiskerroin 1,3, joka on hieman korkeampi kuin kappaleessa 4.1 taulukossa 2 esitetty Foamitvaahtolasimurskeen tiivistymiskertoimen vaihteluväli 1,15 1,25. Ero ylimmän (4) ja toiseksi ylimmän (3) kerroksen tiivistymisen välillä on merkittävä. Alimmat kaksi kerrosta (1 ja 2) ovat tiivistyneet ylempiin kerroksiin verrattuna todella vähän. Ylempien kerrosten suurta tiivistymisprosenttia selittää suoraan ylhäältä näytteeseen kohdistettu tiivistystyö. Alempien kerroksien kohdalla osa tiivistymisestä voi johtua laatikon seinämien resonoimisen aiheuttamasta tärinästä, sillä täryjyrällä tiivistettäessä teräslaatikko resonoi jossain määrin tärytyksen kanssa. Kuvan 34 perusteella olisi suositeltavaa tiivistää vaahtolasimursketta korkeintaan kokeen kahden kerroksen paksuisena, eli 60 cm paksuisina kerroksina, jotta voidaan taata koko tiivistettävän kerroksen tasainen tiivistyminen. Vaahtolasimurskeen rakennusohjeessa suositellaan huo-

67 mioimaan rakenteen tiivistyminen levittämällä vaahtolasimursketta vähintään 10 % rakenteen tavoitepaksuutta paksumpi kerros ennen rakenteen tiivistämistä. Kuvan 34 perusteella rakennusohjeen suositus on hyvä, sillä ylimmät vaahtolasimurskekerrokset ovat tiivistyneet 9-30 %. Kuten kuvasta 35 voi nähdä, vaahtolasimurskeen pinta on hakeutunut tiivistyksen aikana tasaiseen vanerin määrittämään muotoon. Tiivistyksen aikana vaahtolasimurskeen yksittäiset rakeet halkeavat ja vaihtavat asentoa, mitä on havainnollistettu kuvassa 36. Kuva 35. Tiivistyskoenäytteen yläpinta ennen tiivistystä ja tiivistyksen jälkeen. (Emilia Köylijärvi 2013) Kuva 36. Halkeillut yksittäinen vaahtolasimurskerae tiivistyksen jälkeen näytteen yläpinnassa. (Emilia Köylijärvi 2013) Vaikka vaahtolasimurskekappaleet murtuvat ja halkeavat, murtumiskohdan karhea pinta estää kappaleita liikkumasta merkittävästi paikaltaan. Kitka vaahtolasimurskekappaleiden välillä on todella suuri, mikä oli tiivistyskokeessa havaittavissa erityisesti tiukimmin tiivistyneessä ylimmässä kerroksessa. Kun vaahtolasimurskekappaleiden välinen jännitys purkautuu ja rakenne löyhtyy, lohkeavat yksittäisestä rakeesta haljenneet kappaleet irralleen. Tämän kokeen valossa vaahtolasimurskerakenne säilyi muuttumattomana niin kauan kun jännitykset kohdistuivat siihen samasta suunnasta, kuin mistä tiivistys oli tapahtunut. Rakennuskohteessa vaahtolasimurskerakenteeseen voi kohdistua nostavia ja vaakasuuntaisia voimia roudan tai vedenpinnan nousun seurauksena. Tällöin rakeiden väliset jännitykset voivat purkautua ja rakenne voi löyhtyä rakeiden siirtymisen seurauksena. Rakenteen löyhtyminen on huomioitava erityisesti tilanteessa, jossa

68 vaahtolasimurskerakenne puretaan osittain, esimerkiksi putkijohtokaivannon huoltotöiden aikana. Vaahtolasimurskekerros on tiivistettävä huolellisesti huoltotöiden jälkeen, jotta taataan rakenteen toimivuus ja riittävä kantavuus. Tiivistyskoetta jatkettiin niin kauan, että rakenteen tiivistyminen yhden tiivistyskierroksen aikana muuttui vakioksi. Kuvassa 37 on esitetty näytteen kokonaiskorkeuden muutos kumulatiivisen tiivistysajan funktiona. Kuva 37. Kumulatiivinen vaahtolasimurskenäytteen korkeuden muutos prosentteina näytteen alkuperäiseen korkeuteen nähden tiivistysajan funktiona Mittauspisteiden välille piirretystä trendiviivasta voi selkeästi nähdä, että näytteen tiivistyminen on ollut voimakkainta tiivistyksen alussa, ja tiivistyminen alkaa tasaantua vakionopeuteen 200 sekunnin kumulatiivisen tiivistysajan kohdalla. 6.2 Kantavuus Uusioaines Oy:n aiempien kokemusten mukaan pudotuspainolaite ei anna todenmukaisia kantavuuden arvoja suoraan vaahtolasimurskekerroksen päältä mitattaessa. Kuitenkin, kuten taulukosta 23 voidaan nähdä, suoraan tiivistetyn vaahtolasimurskeen päältä tehty pudotuspainolaitemittaus antaa viimeisellä mittauskerralla kantavuuden keskiarvoiseksi tulokseksi 49 MPa. Liitteen 5 mittauspöytäkirjasta voi nähdä, että pudotuspainolaitteella saatiin viimeisellä (X) mittauskerralla E4 -tulokseksi jopa 55 MPa, joka vastaa täysin vaahtolasimurskeen kantavuudelle suunnitteluohjeessa annettua arvoa. Pudotuspainolaitteella mitattaessa ensimmäinen (E1) pudotus antaa aina huomattavan alhaisen kimmomoduulin (E) arvon. Parhaiten vaahtolasimurskeen kantavuutta näyttäisivät edustavan aina jokaisen mittaussarjan toiset pudotukset, jotka on liitteessä 8 merkitty E2-arvoina. Kuvassa 38 pudotuspainolaitemittauksen kimmomoduuliarvot on esitetty kumulatiivisen tiivistysajan funktiona. Edustavimmille E2-arvoille

69 on piirretty yhtenäinen trendiviiva. Punaisella katkoviivalla on esitetty nykyinen Foamit-vaahtolasimurskeen suunnitteluohjeessa annettu kimmomoduulin arvo. (Uusioaines Oy 2012) Lisäksi pisteviivalla on esitetty samassa kuvaajassa näytteen korkeuden muutos prosentteina eli näytteen tiivistyminen tiivistysajan funktiona. Kuva 38. Vaahtolasimurskenäytteen pudotuspainolaitteella mitatut kimmomoduulin E2-mittauksien keskiarvot tiivistysajan funktiona sekä vastaava näytteen korkeuden prosentuaalinen muutos Korrelaatiokerroin kuvaa kahden muuttujan välistä riippuvuutta. Korrelaatiokerroin vaihtelee välillä -1 r 1. Riippuvuus on sitä voimakkaampaa, mitä lähempänä -1 tai +1 korrelaatiokerroin r on. Lähellä nollaa oleva korrelaatiokerroin r tarkoittaa, ettei tilastollista riippuvuutta esiinny. Näytteen korkeuden muutoksen ja pudotuspainolaiteella mitattujen E2-arvojen välinen korrelaatiokerroin r tiivistysajan suhteen on 0,997. Näin ollen näytteen tiivistymisen ja kantavuuden kasvun välillä on selvä riippuvuus tiivistysajan suhteen. Pudotuspainolaitteella mitattaessa käytettiin 200 mm pohjalevyä. Suuresta pohjalevystä huolimatta levyn sijainnilla vaahtolasimurskeen pinnalla on vaikutusta saataviin kantavuuden arvoihin. Mikäli levyn alle jää paljon tyhjätilaa, ei vaahtolasimurskeelle saada tarpeeksi edustavia kimmomoduulin arvoja. Parhaat kimmomoduulin arvot saatiin aivan vaahtolasimurskenäytteen keskeltä, jossa laatikon reunan tukivaikutuksen pitäisi olla pienimillään. Toisaalta tiivistyksen vaikutus voi olla suurimmillaan laatikon keskellä.

70 6.3 Hienoneminen Tiivistyskokeessa tutkittiin materiaalin hienonemista seulomalla ennen näytteen rakentamista alle 18 mm raekoon aines kokonaan pois vaahtolasimurskeesta ja punnitsemalla näytteen purkamisen jälkeen tiivistyksessä ja työn aikana syntyneen alle 18 mm raekoon aineksen määrä. Taulukossa 24 on esitetty painon mukaan tiivistyksen jälkeen seulotun hienoaineksen määrä sekä kuvassa 39 on esitetty tummalla värillä ja ala-akselilla koko näytteen prosentuaalinen hienoneminen. Kuva 39. Vaahtolasimurskenäytteen hienoneminen verrattuna näytteen tiivistymiseen tiivistyskokeessa. Kerros järjestys esitetty kuvassa 25. Kun verrataan eri kerroksissa tapahtunutta materiaalin prosentuaalista hienonemista kerrosten tiivistymiseen, voidaan huomata, että nämä eivät aivan suoraan korreloi toisiinsa nähden. Laskennallinen korrelaatiokerroin r kerroksittaisen hienonemisen ja tiivistymisen välillä on 0,908. Alimman (1) kerroksen hienoneminen on ollut suurta kerroksen tiivistymiseen nähden. Näin voidaankin päätellä, että jo pelkkä käsittely hienontaa materiaalia. Seulontatulosten ja visuaalisen arvion perusteella vaahtolasimurskeen hienonemisessa syntyy ehdottomasti eniten hienoa jauhetta, kuten kuvasta 40 voidaan havaita. Tämä on selitettävissä sillä, että vaahtolasimurskerakeet eivät murtuessaan murene, vaan ennemminkin halkeavat siististi tuottaen murroskohdasta vain hienorakeista jauhetta. Vaahtolasimurskeen kokonaishienoneminen tiivistyskokeessa oli vain 2,23 %. Tämä prosenttilukema käsittää alle 18 mm aineksen. Foamit-suunnitteluohjeen mukaan alle 2 mm hienoainesta saa rakennusvaiheessa olla korkeintaan 4 % materiaalista.

71 Kuva 40. Tiivistyskoenäytteen ylimmän kerroksen alle 18 mm raekoon aines kokeen jälkeen. (Emilia Köylijärvi 2013) Vaahtolasimurskeen pinta on niin karhea, että se rikkoo nopeasti suodatinkankaan. Kokeessa käytetty piharakentamiseen tarkoitettu Lektex-suodatinkangas oli hiutunut puhki paikoista, joissa se oli puristuneena kahden vaahtolasimurskerakeen väliin. Näiden reikien kautta hienoaines pääsi todennäköisesti jonkin verran varisemaan alempaan kerrokseen ja näin kerrosten välinen hienoaineksen määrä voi olla osittain harhaanjohtava. Tästä voidaan päätellä, että vaahtolasimurske tulee ympäröidä kunnollisilla, vahvoilla maarakennuskäyttöön tarkoitetuilla suodatinkankailla materiaalien sekoittumisen ehkäisemiseksi. 6.4 Kosteuspitoisuus Pitkäaikaisesta vaahtolasimurskekasasta otettujen näytteiden kosteuspitoisuus 27 34 % on yllättävän alhainen verrattuna materiaalille suunnitteluohjeessa annettuihin vedenimeytymisarvoihin, jotka ovat kuukauden ajanjaksolla 60 paino-% ja vuoden ajanjaksolla 100 paino-%. Vertaaminen vedenimeytymisen arvoihin on kuitenkin harhaanjohtavaa, sillä vedenimeytymisen arvot määritetään niin, että vaahtolasimurskenäytteet ovat vesiupotuksessa. Varastokasassa vallitseva vaahtolasimurskeen kosteus ei välttämättä vastaa täysin maarakenteessa olevan materiaalin kosteutta. Maarakenteessa vaahtolasimurske altistuu suuremmalle määrälle valumavesiä kuin varastokasassa, jossa vaahtolasimurske on selvästi ympäröivää maanpintaa korkeammalla. Varastokasassa vaahtolasimurske pääsee kuivattumaan alaspäin, kun vesi valuu kasasta kohti alempaa gradienttia, kuten pohjavedenpintaa.

72 6.5 Lujuusominaisuudet 6.5.1 Leikkauskestävyyskulma TTY:llä tehtyjen kolmiaksiaalikokeiden tulokset vastaavat 20 kpa ja 80 kpa sellipaineessa kuormitettujen näytteiden kohdalla norjalaisten HASOPOR-vaahtolasimurskeen vastaavia koetuloksia, jotka on esitetty kuvassa 19. Kuitenkaan 40 kpa sellipaineella kuormitetulla näytteellä ei saavutettu aivan samoja jännitystasoja kuin norjalaisella HASOPOR -vaahtolasimurskeella. Jos kaikkien kolmiaksiaalikokeiden tulokset tulostetaan Mohrin jännitysympyröillä samalle kuvaajalle, saadaan materiaalin leikkauskestävyyskulman arvoksi 12 ja koheesion suuruudeksi 29 kn/m 2. Tämä ei kuitenkaan vastaa todellista vaahtolasimurskeen käyttäytymistä. Erikoinen tulos viittaa siihen, että 80 kpa sellipaineessa vaahtolasimurskenäytteessä vaikuttavat eri ilmiöt kuin matalamman sellipaineen näytteissä. Mohrin ympyrätulkinta ei ota huomioon materiaalin partikkelitason murtumista, joka taas on vaahtolasimurskeen tapauksessa yksi merkittävä ilmiö kuormituksen aikana. Vaahtolasimurskeen todellista käyttäytymistä edustaisi murtosuora, joka tulostetaan eri kaltevuuteen eri sellipaineissa saatujen koetulosten perusteella, kuten on esitetty kuvassa 41. Mohrin ympyrällä 20 kpa sellipaineella kuormitettu vaahtolasimurskenäyte tuottaa leikkauskestävyyskulmalle (φ) arvon 42. Sellipaineissa 40 kpa ja 80 kpa kuormitettujen näytteiden Mohrin ympyröiden kautta piirretty yhteinen murtosuora tuottaa leikkauskestävyyskulmalle arvon 14, mikä edellyttäisi, että vaahtolasimurskerakeiden välinen koheesio kokeen aikana olisi 25 kn/m 2. Vaahtolasimurskeen rakeiden välillä vaikuttavaa voimaa ei kuitenkaan voida nimittää koheesioksi. Kuva 41. Kolmiaksiaalikokeiden tulokset Mohrin jännitysympyröillä esitettynä. Murtosuora koostuu kahdesta osasta, joista alkupään määrää 20 kpa sellipaineessa kuormitettu näyte ja loppupään 40 ja 80 kpa sellipaineissa kuormitetut näytteet. Taulukkoon 26 on koottu kolmiaksiaalikoeaineistosta eri sellipaineella kuormitettujen näytteiden eri muodonmuutostasoilla mitatut deviatoriset jännitykset sekä näiden pohjalta lasketut leikkausjännityksen maksimiarvot sekä leikkauskestävyyskulman arvot.

73 Taulukko 26. Leikkausjännityksen ja kitkakulman arvot kolmiaksiaalikokeessa eri sellipaineissa ja muodonmuutostasoilla ε 1 [%] σ3 [kpa] σ1 [kpa] φ [ ] τ [kn/m2] 1 20 50,5 25,6 25,3 2 20 72,7 34,6 36,4 3 20 90,6 39,7 45,3 4 20 98,0 41,4 49,0 5 20 103,0 42,4 51,5 1 40 66,0 14,2 33,0 2 40 88,7 22,2 44,4 3 40 106,0 26,9 53,0 4 40 119,0 29,8 59,5 5 40 130,5 32,1 65,3 1 80 94,8 4,9 47,4 2 80 129,0 13,6 64,5 3 80 152,5 18,2 76,3 4 80 177,0 22,2 88,5 5 80 196,3 24,9 98,2 Taulukosta 26 voidaan havaita, että vaahtolasimurskeen leikkauskestävyyskulman arvo vaihtelee suuresti näytteen kuormitustasosta ja muodonmuutostasosta riippuen. Näihin tuloksiin perustuen vaahtolasimurskeen Foamit-suunnitteluohjeen mukainen leikkauskestävyyskulman laaja vaihteluväli on hyvin perusteltu. Kun suunnitellaan rakennetta vaahtolasimurskeella, erilaisia leikkauskestävyyskulman arvoja tulisi käyttää suunnittelukohteessa vallitsevista kuormituksista riippuen. 6.6 Muodonmuutosominaisuudet 6.6.1 Poissonin luku Taulukossa 27 on esitetty yhtälön (14) avulla määritetyt vaahtolasimurskeen Poissonin luvun arvot sekä yhtälön (15) avulla määritetyt lepopaineen K0 arvot, jotka ovat toteutuneet kolmiaksiaalikokeissa eri sellipaineissa.

74 Taulukko 27. Vaahtolasimurskeen kolmiaksiaalikokeissa eri sellipaineissa toteutuneet muodonmuutokset ja niitä vastaavat Poissonin luvun arvot sekä niistä johdetut lepopainekertoimen (K0) arvot ε 1 [%] σ3 [kpa] ε3 [%] ν [-] K0 [-] 1 20-0,026-0,026-2 20 0,199 0,099 0,110 3 20 0,430 0,143 0,167 4 20 0,750 0,188 0,231 5 20 1,190 0,238 0,312 1 40-0,055-0,055-2 40-0,051-0,026-3 40 0,043 0,014 0,014 4 40 0,163 0,041 0,042 5 40 0,442 0,094 0,104 1 80-0,042-0,042-2 80-0,049-0,025-3 80-0,052-0,017-4 80 0,037 0,009 0,009 5 80 0,163 0,035 0,036 Taulukosta 27 voidaan nähdä, että Poissonin luvun arvot vaihtelevat paljon kolmiaksiaalikokeen sellipaineen mukaan. Suurissa sellipaineissa vaahtolasimurske puristuu pystysuunnan tavoin myös vaakasuunnassa kokoon, jolloin Poissonin luku saa pieniä arvoja. Poissonin luku saa suurimmat arvot pienimmässä sellipaineessa kuormitetusta näytteestä. Poissonin luvut on esitetty kuvassa 42 kuvaajalla aksiaalisen kokoonpuristuman funktiona. Kuva 42. Vaahtolasimurskeen Poissonin luvut staattisissa kolmiaksiaalikokeissa eri sellipaineissa aksiaalisen muodonmuutoksen funktiona

75 Aksiaalisen muodonmuutoksen funktiona esitettynä voidaan havaita, että Poissonin luku saa suurimmat arvot, kun aksiaalinen kokoonpuristuma on suurimmillaan. Poissonin luku on suurimmillaan 20 kpa sellipaineessa kuormitetussa näytteessä. Kuvassa 43 Poissonin luvut on esitetty deviatorisen jännityksen funktiona. Kuva 43. Vaahtolasimurskeen Poissonin luvut staattisissa kolmiaksiaalikokeissa eri sellipaineissa deviatorisen jännityksen funktiona Kuvasta 43 voidaan havaita, että pienillä jännitystasoilla Poissonin luvuissa on rajallisesta mittaustarkkuudesta johtuen suurta hajontaa. Kun deviatorinen jännitys kasvaa, Poissonin luvun hajonta pienenee. Sellipaineessa 80 kpa kuormitetun näytteen Poissonin luku on negatiivinen, kun deviatorinen jännitys on alle 180 kpa. Deviatorisen jännityksen kasvaessa Poissonin luku muuttuu positiiviseksi. Tämä johtuu siitä, että deviatorisen jännityksen voimistuessa deviatorisen jännityksen aiheuttama näytteen laajeneminen on suurempaa kuin sellipaineen aiheuttama näytteen kokoonpuristuminen. Poissonin luku muodostuu kolmiaksiaalikoenäytteen aksiaalisesta ja vaakasuuntaisesta muodonmuutoksesta, jotka on esitetty kuvaajalla kuvassa 44. Vaakasuuntaisen muodonmuutoksen negatiiviset arvot tarkoittavat, että näyte on puristunut sivusuunnassa kokoon.

76 Kuva 44. Vaahtolasimurskeen aksiaalisen kokoonpuristuman ja vaakasuuntaisen muodonmuutoksen suhde kolmiaksiaalikokeessa. Vaakasuuntaisen muodonmuutoksen negatiiviset arvot tarkoittavat, että näyte on puristunut vaakasuunnassa kokoon. Kuvasta 44 voidaan nähdä, että aksiaalisen muodonmuutoksen ollessa pieni, vaakasuuntainen muodonmuutos on negatiivinen, eli näyte puristuu sivusuunnassa kasaan. Kun aksiaalinen kokoonpuristuma kasvaa, myös vaakasuuntainen muodonmuutos kasvaa, eli näyte leviää. 20 kpa sellipaineessa kuormitetun näytteen leviäminen alkaa jo 1 % aksiaalisen muodonmuutoksen jälkeen. 40 kpa sellipaineessa kuormitetun näytteen vaakasuuntainen muodonmuutos on positiivista noin 3 % aksiaalisen muodonmuutoksen jälkeen. 80 kpa sellipaineessa kuormitetun näytteen vaakasuuntainen muodonmuutos muuttuu positiiviseksi, eli leviämiseksi, vasta, kun aksiaalista muodonmuutosta on tapahtunut 4 %.

77 6.6.2 Lepopainekerroin Kuvassa 45 on esitetty yhtälön (15) avulla määritetyt vaahtolasimurskeen lepopainekertoimet aksiaalisen kokoonpuristuman funktiona. Kuva 45. Vaahtolasimurskeen lepopainekerroin aksiaalisen kokoonpuristuman funktiona staattisessa kolmiaksiaalikokeessa 20 kpa, 40 kpa ja 80 kpa sellipaineessa Kuvasta 45 voidaan havaita, että lepopainekerroin saa suurimmat arvonsa pienessä sellipaineessa. Sellipaineen kasvaessa lepopainekertoimen arvo pienenee huomattavasti. Tämän tutkimustuloksen perusteella vaahtolasimurske ei aiheuta suuren vallitsevan paineen alaisena suurta painetta esimerkiksi maanpainerakenteessa.

78 6.6.3 Kimmomoduuli Kuvassa 46 on esitetty vaahtolasimurskenäytteiden aksiaalinen kokoonpuristuma suhteessa deviatoriseen jännitykseen kolmiaksiaalikokeissa eri sellipaineissa. 200 180 Deviatorinen jännitys, q [kpa] 160 140 120 100 80 60 40 20 80 kpa 40 kpa 20 kpa 0 0 1 2 3 4 5 Aksiaalinen kokoonpuristuma, ε 1 [%] Kuva 46. Vaahtolasimurskeen deviatorinen jännitys aksiaalisen, pystysuuntaisen kokoonpuristuman funktiona 20, 40 ja 80 kpa sellipaineessa Kuten kuvasta 46 voidaan havaita, vaahtolasimurskenäytteen lujuudessa ei tapahdu selvää romahtamista missään kuormituksen vaiheessa. Deviatorinen jännitys kasvaa tasaisesti aksiaalisen muodonmuutoksen kasvaessa. Alhaisilla kuormitustasoilla, 0-60 kpa, näytteen kokoonpuristuma on hyvin pieni. Suuremmilla jännitystasoilla kokoonpuristuma jännityslisäystä kohti vakioituu. Kuvassa 47 on esitetty vaahtolasimurskeen jännityspolut eri sellipaineissa toteutetuissa kolmiaksiaalikokeissa. Kuvaajalla on myös esitetty näytteiden aksiaalista kokoonpuristumaa kuvaavat muodonmuutostasot punaisin ruuduin ja katkoviivoin. Jännityspolun pq-koordinaatiston vaaka-akselin keskimääräisen pääjännityksen arvo on laskettu seuraavan yhtälön mukaisesti: = ( +2 ), (17) missä σ1 on aksiaalinen jännitys (sellipaine + deviatorinen jännitys) [kpa] σ3 on sellipaine [kpa]

79 Kuva 47. Vaahtolasimurskeen pq-koordinaatistoon piirretyt jännityspolkukuvaajat ja muodonmuutostasot Jännityspolkukuvaajasta kuvasta 47 nähdään, miten 40 kpa sellipaineessa kuormitettu kolmiaksiaalikoenäyte ei saavuta eri muodonmuutostasoilla aivan vastaavia jännitystasoja kuin 20 ja 80 kpa sellipaineessa kuormitetut näytteet. Staattisen kolmiaksiaalikokeen perusteella lasketut muodonmuutosmoduulit ovat avoimen tilan kimmomoduuleja (Ed). Kimmomoduulit on laskettu sekanttimoduulin periaatetta soveltaen. Sekanttimoduulin määräytyminen on esitetty liitteen 3 kuvassa 1. Vaahtolasimurskeen avoimen tilan kimmomoduulit (Ed) on esitetty kuvassa 48 suhteessa deviatoriseen jännitykseen. Kuva 48. Vaahtolasimurskeen avoimen tilan kimmomoduuli (Ed) suhteessa deviatoriseen jännitykseen kolmiaksiaalikokeissa Avoimentilan kimmomoduuli (Ed) saa kaikilla näytteillä suurimmat arvonsa deviatorisen jännityksen ollessa pienimmillään, eli silloin kun muodonmuutostaso on pieni. Suurimmat kimmomoduulin arvot ovat 80 kpa sellipaineessa kuormitetulla näytteellä,

80 eli jännitystason kasvu kasvattaa moduuleja. Kuvassa 49 on esitetty avoimen tilan kimmomoduulin arvot suhteessa näytteen aksiaaliseen kokoonpuristumaan kolmiaksiaalikokeessa. Kuva 49. Vaahtolasimurskeen muodonmuutosmoduulin suhde aksiaaliseen kokoonpuristumaan kolmiaksiaalikokeessa Vaahtolasimurskeen kimmomoduuli on suurimmillaan pienillä muodonmuutostasoilla. 40 kpa ja 80 kpa sellipaineissa kuormitettujen näytteiden osalta ei esitetä kimmomoduulia yli 3 % aksiaalisen muodonmuutoksen jälkeen, sillä kimmomoduulin arvo pysyy lähes samalla tasolla kuormituksen loppuun saakka. Taulukossa 28 on esitetty lukuarvoina kimmomoduulin (Ed) arvot eri sellipaineissa kuormitetuilla näytteillä eri aksiaalisen muodonmuutoksen tasoilla. Taulukko 28. Vaahtolasimurskeen avoimen tilan kimmomoduulit (Ed) kolmiaksiaalikokeissa eri selli paineissa ε 1 [%] σ3 [kpa] Ed [MPa] 1 20 5,01 2 20 3,63 3 20 3,01 4 20 2,44 5 20 2,06 1 40 6,56 2 40 4,39 1 80 9,46 2 80 6,44

Taulukon 28 arvot edustavat paljon suurempia muodonmuutostasoja kuin levykuormituskokeen takaisinlaskentatulokset tai syklisen kokeen resilient-moduulit. Taulukossa 28 esitettyjä avoimen tilan kimmomoduulin arvoja ei voi suoraan verrata luvussa 4.4. esitettyihin muodonmuutosmoduuleihin, sillä eri muodonmuutosmoduulit on määritetty eri tutkimus- ja laskentamenetelmillä. Kimmomoduulien arvot ovat melko pieniä, sillä kolmiaksiaalikokeessa näytteen vaakasuuntaista muodonmuutosta ei ole estetty. Liitteessä 3 on selvennetty eri muodonmuutosmoduulien määräytymistä. 81

82 7 Yhteenveto soveltuvista käyttökohteista ja jatkotutkimussuositukset Vaahtolasimurske soveltuu tutkimusten pohjalta kevennysrakenteeksi kaikkiin luvussa 3 esiteltyihin kohteisiin. Näiden käyttökohteiden lisäksi vaahtolasimurske soveltuu pienen lepopainekertoimensa ansiosta kevyeksi taustatäytöksi siltarakenteisiin. Kaikissa vaahtolasimurskeen käyttökohteissa on tärkeää huomioida vaahtolasimurskeen ohjeiden mukainen tiivistys. Tässä työssä toteutettujen tiivistyskokeiden tuloksena vaahtolasimursketta olisi suositeltava tiivistää korkeintaan 60 cm paksuisina kerroksina, jotta voidaan taata koko tiivistettävän kerroksen tasainen tiivistyminen. Vaahtolasimurskeen päältä saavutettava kantavuus on suoraan verrannollinen tiivistysaikaan nähden. Lisäksi on huomioitava vaahtolasimurskeen runsas tiivistyminen tiivistämisen aikana, eli vaahtolasimursketta on levitettävä vähintään 10 % rakenteen tavoitepaksuutta paksumpi kerros ennen rakenteen tiivistämistä. Vaahtolasimurske tulee ympäröidä tukevalla maarakennuskäyttöön tarkoitetulla suodatinkankaalla materiaalien sekoittumisen ehkäisemiseksi. Jo pelkkä käsittely hienontaa vaahtolasimursketta. Ylimääräisiä työvaiheita tulisi siis pyrkiä välttämään työmaaolosuhteissa. Tässä työssä toteutettujen tiivistys- ja kolmiaksiaalikokeiden perusteella vaahtolasimurske ei kuitenkaan hienone työstettäessä tai kokeiden aikana haitallisen paljon. Materiaalin hienoneminen ei heikennä vaahtolasimurskeen toimivuutta. Työmaaolosuhteissa pudotuspainolaite soveltuu suoraan vaahtolasimurskekerroksen päältä tehtäviin alustaviin kantavuusmittauksiin. Tällöin on käytettävä ehdottomasti halkaisijaltaan 200 mm:stä pohjalevyä. Tässä työssä toteutettujen kolmiaksiaalikokeiden perusteella voidaan todeta, että vaahtolasimurskeelle suunnitteluohjeessa annettu leikkauskestävyyskulman laaja vaihteluväli on hyvin perusteltu. Vaahtolasimurskerakennetta mitoitettaessa tulisi huomioida kohteessa vallitsevat jännitykset ja valita niiden mukaisesti vaahtolasimurskeen mitoittava leikkauskestävyyskulma. Vaahtolasimurskeen huokosrakenteen selvittämiseksi vaahtolasimurskeen materiaalitutkimuksia olisi hyvä jatkaa. Nostemitoituksen kannalta olisi tärkeää tietää vaahtolasimurskeen huokoisuus sekä suljettujen, ilmatäytteisten huokosten määrä. Samalla selviäisi myös vaahtolasimurskeen partikkelitiheys. Tarkemmat jatkotutkimukset vaahtolasimurskeen lujuus- ja muodonmuutosominaisuuksista vaativat suurempia näytekokoja. Vaahtolasimurskeen suuri raekoko vaikeuttaa laboratorio-olosuhteissa materiaalin tutkimusta. Parhaiten vaahtolasimurskeen toimintaa pystyisi tutkimaan instrumentoiduissa ja monitoroiduissa rakennuskohteissa. Erityisesti vaahtolasimurskeen pitkäaikainen käyttäytyminen rakenteessa valottuisi paremmin todellisissa käyttöympäristöissä toteutetuissa koerakenteissa. Laboratoriossa tehtyjä tiivistyskokeita olisi hyvä jatkaa suuremmassa mittakaavassa työmaaolosuhteissa. Tässä työssä toteutetuissa kolmiaksiaalikokeissa olisi ollut mielenkiintoista poistaa kuormitus näytteestä ja tehdä seuraava staattinen kuormitussykli, jotta olisi nähty, millainen on vaahtolasimurskeen kuormitus-muodonmuutoskäyttäytyminen, eli mikä

83 osa muodonmuutoksesta on elastista. Leikkauskestävyyskulman määritys vaatii jatkotutkimuksia korkeammilla jännitystasoilla ja pidemmälle viedyillä muodonmuutostasoilla. Vaahtolasimurskeen käyttöä rautateiden rakenteissa tulisi tutkia tarkemmin ja suuremmilla jännitystasoilla. Huolellisesti instrumentoidussa koerakenteessa vaahtolasimurskeen toimintaa voitaisiin tutkia parhaiten. Vaahtolasimursketta voisi hyödyntää jossakin rakentamisen aikaisessa väliaikaisessa tierakenteessa. Erityisesti rakennuskohde, jolla liikennöi paljon raskasta liikennettä, olisi mielenkiintoinen tutkimuskohde. Väliaikaisen rakenteen purkuvaiheessa voitaisiin tutkia materiaalin hienoneminen, tiheyden muutos, materiaalin sitoman veden määrä ja rakenteen pitkäaikainen painuminen vaahtolasimurskeen muodonmuutosten sekä hienonemisen tuloksena.

84 8 Yhteenveto Vaahtolasimurske on kevyt, huokoinen, karkearakeinen materiaali, joka valmistetaan kierrätetystä lasista. Kierrätetty lasi hienonnetaan ja siihen lisätään lisäaine. Jauhe kuumennetaan hitaasti jatkuvana prosessina tunneliuunissa, jolloin lasijauhe sulaa ja sulan lasimassan sisään muodostuu pieniä ilmakuplia. Jäähtyessään vaahtolasimurske pirstoutuu huokoisiksi rakeiksi, joiden raekoko on 10 60 mm. Vaahtolasimurske soveltuu moniin käyttökohteisiin, joissa vaaditaan maarakennusmateriaalilta kevyttä tilavuuspainoa ja hyvää kantavuutta. Erityisen hyvin vaahtolasimurske soveltuu katujen, alueiden ja putkijohtokaivantojen kevennysmateriaaliksi. Lisäksi vaahtolasimurske vähentää erilaisissa taustatäytöissä rakenteeseen kohdistuvaa maanpainetta. Vaahtolasimurskeen lujuusominaisuudet ovat hyvät sen suuren leikkauskestävyyskulman ansiosta. Leikkauskestävyyskulman suuruus vaihtelee materiaalissa vallitsevan jännitystilan mukaisesti. Vaahtolasimurskeella saavutetaan rakenteelle hyvä jäykkyys. Vaahtolasimurskeen muodonmuutosominaisuuksien tutkiminen on haasteellista materiaalin suuren raekoon vuoksi. Vaahtolasimurskeen lämmönjohtavuus on todella pieni kosteanakin. Näin ollen vaahtolasimurskeen eristävyys on hyvä. Vaahtolasimurske on ympäristölle haitaton maarakennustuote. Sen haitta-ainepitoisuudet sekä liukenevuudet ovat tilavuuteen nähden pieniä. Tässä työssä tehdyssä tiivistyskokeessa havaittiin, että tiivistyksen tiivistävä vaikutus ulottuu noin 60 cm syvyydelle tiivistettävän vaahtolasimurskekerroksen pinnasta. Vaahtolasimurskeen päältä saavutettava kantavuus kasvaa suoraan verrattuna tiivistysaikaan nähden. Vaahtolasimurske ei hienone merkittävästi tiivistystyön tuloksena. Vaahtolasimurskeella tehdyissä staattisissa kolmiaksiaalikokeissa havaittiin, että vaahtolasimurskeen lujuus-muodonmuutoskäyttäytyminen vaihtelee vallitsevan sellipaineen mukaisesti. Vaahtolasimurskeen leikkauskestävyydelle on syytä käyttää vaihtelevia leikkauskestävyyden arvoja sen mukaisesti, millaiset jännitykset suunnittelukohteessa vallitsevat.

85 Kirjallisuusluettelo Aabøe, R. & Øiseth, E. 2005. Foamed glass An alternative lightweight and insulating material. Nordic Road & Transport Research, No. 1, 8 s. Aabøe, R., Øiseth, E. & Hägglund, J. 2005 a. Granulated Foamed Glass for Civil Engineering Applications. 2005. Aabøe, R., Øiseth, E. & Hägglund, J. 2005 b. Granulated Foamed Glass for Civil Engineering Applications. 25.6.2005. Oslo, Workshop nr 2, Recycled materials in road and airfield pavements, overcoming barriers. [esitelmä] 29 s. [viitattu 10.4.2013]. Saatavissa: http://www.penosteklo1.ru/downloads/other/foamed%20glass%20in%20 Road.pdf. Aho, S. & Saarenketo, T. 2006. Managing drainage on low volume roads Executive Summary. April 2006. Roadex III Project. Byggforsk. 2005 a. CUAP Common Understanding of Assessment Procedure for an European Technical Approval according to Article 9.2 of the Construction Products Directive Factory made cellural glass loose fill. ETA request No 12.01/08. Final version 06.12.2005. The Norwegian Building Research Institute. Oslo. 15 s. + liit. 4 s. Byggforsk. 2005 b. Hasopor, European Technical Approval No. ETA-05/0187. 13 s. Eriksson, L. & Hägglund, J. 2008. Handbok. Skumglas i mark- och vägbyggnad. Linköping. Statens geotekniska institut (SGI), Information 18:1. 26 s. + liit. 13 s. Hagen, M. & Vaslestad, J. 2013. Case histories using foamglass for roads to reduce settlement and stability problems. Proceedings of the 9th BCRRA Conference, Trondheim, Norway, 25-27 June, 2013. Liikennevirasto. 2010. Tiepenkereiden ja -leikkausten suunnittelu. Tien pohjarakenteiden suunnitteluohjeet. Liikenneviraston ohjeita 9/2010. Helsinki 2010, Liikennevirasto. 110 s. + liit. 13 s. Liikennevirasto. 2011 a. Eurokoodin soveltamisohje, Geotekninen suunnittelu - NCCI 7, Siltojen ja pohjarakenteiden suunnitteluohjeet. 12/2011 Liikenneviraston ohjeita. Helsinki 2011, Liikennevirasto. 133 s. Liikennevirasto. 2011 b. Kevennysrakenteiden suunnittelu, Tien pohjarakenteiden suunnitteluohjeet. 05/2011 Liikenneviraston ohjeita. Helsinki 2011, Liikennevirasto. 44 s. + liit. 1 s. Misapor AG. 2013. Yrityksen Internetsivu. [viitattu 15.10.2013]. Saatavissa: www.misapor.com Norsk Glassjenvinning AS. Teknisk brosjyre: Glasopor skumglass 10-15. Veiledning i bruk av Glasopor skumglass. 42 s. Pekkala, J. 2013 a. Foamit rakeisuuskäyrät. [sähköpostiviesti]. Vastaanottaja: Köylijärvi. E. Lähetetty 11.9.2013 klo 8:07 (GMT+2).

86 Pekkala, J. 2013 b. Myyntipäällikkö, Uusioaines Oy. Forssa 5.4.2013. Tehdaskierros ja keskustelu 5.4.2013. Petkovic, G., Håøya, A.-O., Engelsen, C. J., Breedveld, G., Moen, S., Aabøe, R., Jørgensen, T. & Thue Unsgård, G. 2006. Acceptance limits for the content of pollutants in recycled materials in road construction. TRA-konferansen. Sintef 2006. PYR Oy, Pakkausalan Ympäristörekisteri PYR Oy, Pakkaustilastot 2011 [viitattu 1.8.2013]. Saatavissa: www.pyr.fi Ramboll. 2013. Foamit-vaahtolasi, Kulkeutumisriskin tarkasteluja pohjavesialueilla. Luopioinen, Ramboll. 17 s. + liit. 23 s. Rantamäki, M., Jääskeläinen, R. & Tammirinne, M. 2009. Geotekniikka. 464 Otatieto. Helsinki: Hakapaino Oy. 307 s. Reinikainen, J. 2007. Maaperän kynnys- ja ohjearvojen määritysperusteet, Suomen ympäristö, 23/2007. RIL 121-2004. 2004. Pohjarakennusohjeet. Suomen Rakennusinsinöörien Liitto RIL ry. 137 s. RIL 207-2009. 2009. Geotekninen suunnittelu. eurokoodin EN 1997-1 suunnitteluohje. Suomen Rakennusinsinöörien Liitto RIL ry. 244 s. RIL 157-I Geomekaniikka I. 1985. Suomen Rakennusinsinöörien Liitto RIL ry. Espoo: Otapaino. 479 s. Ritola, J. & Vares, S. 2008. Keräyslasin hyötykäyttö vaahtolasituotteina. Espoo, VTT Tiedotteita 2458. 51 s. + liit. 2 s. Sintef 2010. European Technical Approval No. ETA-10/0297. 13 s. Skogstad, H. B., Geving, S. & Hägglund, J. 2005. Hygrothermal material properties for granulated cellular glass used in ground constructions. Proceedings of the 7th Symposium on Building Physics in the Nordic Countries, Reykjavík, 2005. The Icelandic Building Research Institute. pp. 47-54 Statens vegvesen. 2012. Grunnforsterkning, fyllinger og skråninger. Håndbok 274. Statens vegvese, Vegdirektoratet - Teknologiavdelingen. Oslo. 350 s. Tiehallinto. 2004. Tierakenteen suunnittelu. Suunnitteluvaiheen ohjaus. Helsinki 2004. Tiehallinto. 74 s. TTY. 2012. Vaahtolasi, sykliset kolmiaksiaalikokeet. Testausselostus MPR/269/2011. 5s. Uusioaines Oy. 2012. Foamit Suunnittelu & Rakennusohje. 16 s. + liit. 7 s. Vaasan kaupunki. 2011. Rakennuttaminen. [valokuvat] Valtioneuvoston asetus eräiden jätteiden hyödyntämisestä maarakentamisessa. 591/2006. Helsinki, 28.6.2006.

87 Valtioneuvoston asetus maaperän pilaantuneisuuden ja puhdistustarpeen arvioinnista. 214/2007. Helsinki, 1.3.2007. Zegowitz, A. 2010. Cellural Glass Aggregate Serving as Thermal Insulation and a Drainage Layer. Ashrae. 8 s. Øiseth, E., Aabøe, R. & Hoff, I. 2006. Field test comparing frost insulation materials in road construction. Current Practices in Cold Regions Engineering: pp. 1-11. doi: 10.1061/40836(210)62

88 Standardiluettelo SFS-EN 1097-10. 2003. Kiviainesten mekaanisten ja fysikaalisten ominaisuuksien testaus. Osa 10: Vedenimeytymiskorkeus = Tests for mechanical and physical properties of aggregates. Part 10: Determination of water suction height. Rakennustuoteteollisuus RTT ry. Helsinki, Suomen Standardisoimisliitto. 11 s. EN ISO 17294-2. 2004. Water quality. Application of inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS). Part 2: Determination of 62 elements. CEN. 21 s. EPA Method 3051A. 2007. Microwave assisted acid digestion of sediments, sludges, soils and oils. 30 s. ISO 8301:1991. 1991. Thermal insulation. Determination of steady-state thermal resistance and related properties. Heat flow meter apparatus. 38 s. SFS-EN 1097-3. 1998. Kiviainesten mekaanisten ja fysikaalisten ominaisuuksien testaus. Osa 3: Irtotiheyden ja tyhjätilan määrittäminen = Tests for mechanical and physical properties of aggregates. Part 3: Determination of loose bulk density and voids. Rakennustuoteteollisuus RTT ry. Helsinki, Suomen Standardisoimisliitto. 7 s. SFS-EN 12087. 1997. Lämmöneristetuotteet rakentamiskäyttöön. Vedenimeytymisen määritys pitkäaikaisessa upotuksessa = Thermal insulating products for building applications. Determination of long term water absorption by immersion. Rakennustuoteteollisuus RTT ry. Helsinki, Suomen Standardisoimisliitto. 8 s. SFS-EN 12091. 1997. Lämmöneristetuotteet rakentamiskäyttöön. Jäätymis-sulamiskestävyyden määritys = Thermal insulating products for building applications. Determination of freeze-thaw resistance. Rakennustuoteteollisuus RTT ry. Helsinki, Suomen Standardisoimisliitto. 9 s. SFS-EN 12457-3. 2002. Jätteiden karakterisointi. Liukoisuus. Jauhemaisten tai rakeisten jätemateriaalien ja lietteiden liukoisuuden laadunvalvontatesti. Osa 3: Kaksivaiheinen ravistelutesti uuttoliuoksen ja kiinteän jätteen suhteessa 2 ja 8 l/kg jätteille, joiden kiinteä osuus on suuri ja raekoko alle 4 mm (raekoon pienentäminen tarvittaessa) = Characterisation of waste. Leaching. Compliance test for leaching of granular waste materials and sludges. Part 3: Two stage batch test at a liquid to solid ratio of 2 l/kg and 8 l/kg for materials with high solid content and with particle size below 4 mm (without or with size reduction). Yleinen teollisuusliitto. Helsinki, Suomen Standardisoimisliitto. 30 s. SFS-EN 12667. 2001. Rakennusmateriaalien ja -tuotteiden lämpötekniset ominaisuudet. Lämmönvastuksen määrittäminen kuumalevy- ja lämpövirtalevylaitteella. Tuotteet, joilla on korkea tai suhteellisen korkea lämmönvastus = Thermal performance of building materials and products. Determination of thermal resistance by means of guarded hot plate and heat flow meter methods. Products of high and medium thermal resistance. Rakennustuoteteollisuus. Helsinki, Suomen Standardisoimisliitto. 54 s.

89 SFS-EN 13055-1 + AC. 2002. Kevytkiviainekset. Osa 1: betonin, laastin ja juotoslaastin kevytkiviainekset = Lightweight aggregates. Part 1: Lightweight aggregates for concrete, mortar and grout. Rakennustuoteteollisuus RTT ry. Helsinki, Suomen Standardisoimisliitto. 37 s. SFS-EN 13055-2. 2004. Kevytkiviainekset. Osa 2: kevytkiviainekset asfalttimassoihin ja pintauksiin sekä sitomattomiin ja sidottuihin käyttötarkoituksiin = Lightweight aggregates. Part 2: Lightweight aggregates for bituminous mixtures and surface treatments and for unbound and bound applications. Rakennustuoteteollisuus RTT ry. Helsinki, Suomen Standardisoimisliitto. 40 s. SFS-EN 13286-7. 2004. Sitomattomat ja hydraulisesti sidotut seokset. Osa 7: syklinen kolmiaksiaalikoe sitomattomia kiviainesseoksia varten = Unbound and hydraulically bound mixtures. Part 7: Cyclic load triaxial test for unbound mixtures. Tiehallinto. Helsinki, Suomen Standardisoimisliitto. 37 s. SFS-EN 1997-1. 2004. Eurokoodi 7: Geotekninen suunnittelu. Osa 1: Yleiset säännöt. Tiehallinto. Helsinki. Suomen standardisoimisliitto. 168 s. SFS-EN 933-1. 2012. Kiviainesten geometristen ominaisuuksien testaus. Osa 1: rakeisuuden määrittäminen. Seulontamenetelmä = Tests for geometrical properties of aggregates. Part 1: Determination of particle size distribution. Sieving method. Rakennustuoteteollisuus RTT ry. Helsinki, Suomen Standardisoimisliitto. 16 s. SFS-EN 933-2. 1996. Kiviainesten geometristen ominaisuuksien testaus. Osa 2: rakeisuuden määrittäminen. Seulasarjat, Aukkojen nimelliskoko = Tests for geometrical properties of aggregates. Patt 2: Determination of particle size distribution. Test sieves, nominal size of apertures. Rakennustuoteteollisuus RTT. Helsinki, Suomen Standardisoimisliitto. 1 s + liit. 3 s. SFS-EN ISO 10456 + AC. 2008. Rakennusaineet ja -tuotteet. Lämpö- ja kosteustekniset ominaisuudet. Taulukoidut suunnitteluarvot ja menetelmät ilmoitetun lämpöteknisen arvon ja lämpöteknisen suunnitteluarvon määrittämiseksi = Building materials and products. Hygrothermal properties. Tabulated design values and procedures for determining declared and design thermal values. Rakennustuoteteollisuus RTT ry. Helsinki, Suomen Standardisoimisliitto. 30 s. SFS-EN ISO 15587-1. 2002. Veden laatu. Hajotus tiettyjen alkuaineiden määrittämiseksi vedestä. Osa 1: kuningasvesihajotus = Water quality. Digestion for the determination of selected elements in water. Part 1: Aqua regia digestion. Suomen ympäristökeskus. Helsinki, Suomen Standardisoimisliitto. 22 s.

LIITE 1 / 1(5) Laskuesimerkki 1 Tien kevennysrakenne, pohjavedenpinta syvällä Tulevan tien tasausviiva (TSV) on 1 m korkeammalla nykyistä maanpintaa. Pohjavedenpinta on syvyydellä 2 m maanpinnasta. Pohjamaa on 2 metrin syvyydelle kuivakuorisavea, jonka tilavuuspaino γ maa = 17 kn/m 3. Tien rakennekerrosten paksuus on 0,7 m, jolloin maanpinnan yläpuolisen täytön korkeus on 0,3 m. Suunnitellaan kohteeseen kokonaiskevennys vaahtolasimurskeella, jonka tilavuuspaino γ kev = 3,5 kn/m 3. γ maa = 17 kn/m 3 γ rak = 19 kn/m 3 γ kev = 3,5 kn/m 3 h rak = 0,7 m h tä = 0,3 m Kokonaiskevennys tilanteessa, jossa kevennetty penger on kokonaan pohjavedenpinnan yläpuolella suunnitellaan niin, että se toteuttaa yhtälön:. Rakenteen pohjamaalle aiheuttama kuorma: 19kN 0,7 13,3 / Kokeillaan 1,4 m paksuista kevennystä. Tällöin h kev = 1,1 m. Kevennyksen pohjamaalle aiheuttama kuorma: ä 3,5 1,1 3,5 0,3 4,9 / Kevennyksen kohdalta poistetun maan kuorma:.. 17 1,1 18,7 / Pohjamaalle tulevat uudet kuormitukset: 13,3 4,9 18,2 / Jolloin kokonaiskevennyksen yhtälö toteutuu: 18,7 18,2 /

LIITE 1 / 2(5) Laskuesimerkki 2 Tien kevennysrakenne, joka ulottuu pohjavedenpinnan alapuolelle Tulevan tien tasausviiva (TSV) on 1 m korkeammalla nykyistä maanpintaa. Pohjavedenpinta on syvyydellä 1 m maanpinnasta. Pohjamaa on 1 metrin syvyydelle kuivakuorisavea, jonka tilavuuspaino γ maa = 17 kn/m 3. Pohjavedenpinnan alapuolella pohjamaa on savea, jonka tilavuuspaino γ maa = 16 kn/m 3. Tien rakennekerrosten paksuus on 0,7 m, jolloin maanpinnan yläpuolisen täytön korkeus on 0,3 m. Suunnitellaan kohteeseen kokonaiskevennys vaahtolasimurskeella, jonka tilavuuspaino γ kev = 3,5 kn/m 3. Vaahtolasimurskeen tilavuuspaino pysyvästi veden alla on 10 kn/m 3. γ kusa = 17 kn/m 3 γ Savi = 16 kn/m 3 γ rak = 19 kn/m 3 γ kev = 3,5 kn/m 3 γ kevsat = 10 kn/m 3 h rak = 0,7 m h tä = 0,3 m Kun osa kevennysmateriaalista sijoitetaan pohjavedenpinnan alapuolelle, tulee kokonaiskevennyksen toteuttaa yhtälö:. Rakenteen pohjamaalle aiheuttama kuorma: 19kN 0,7 13,3 / Kokeillaan 2,7 m paksuista kevennystä. Tällöin h kev = 1 m ja h kev = 1,4 m. Kevennyksen pohjamaalle aiheuttama kuorma pohjaveden yläpuolella: ä 3,5 1 3,5 0,3 4,55 / Veden tilavuuspaino on otettava huomioon pohjavedenpinnan alapuolella: 10 10 0 / Jolloin kevennysmateriaalin kuorma pohjavedenpinnan alapuolella on: 0 1,4 0 / Rakentamisen aiheuttama pohjavedenpinnan alenema voi aiheuttaa pohjamaalle kuorman, joka on otettava huomioon suunnittelussa. Oletetaan, että pohjavedenpinta alenee 0,7 m. 16 / 10 / 6 / 16 6 0,7 7 /

LIITE 1 / 3(5) Kevennyksen kohdalta poistetun maan kuorma:.. 17 1 6 / 1,4 25,4 / Pohjamaalle tulevat uudet kuormitukset: 13,3 4,55 0 7 / 24,85 / Jolloin kokonaiskevennyksen yhtälö toteutuu: 25,4 24,85 /

LIITE 1 / 4(5) Laskuesimerkki 3 Tien kevennysrakenteen nostemitoitus Esimekki koskee nosteen kannalta vaarallisinta tapausta, jossa vaahtolasi on täysin kuivaa. LÄHTÖTIEDOT: γdrak = 19 kn/m 3 γdkev = 2,6 kn/m 3 γkevkiinto = 4,0 kn/m 3 hdrak = 0,7 m hdkev = 0,3 m hw = 1,7 m γ Drak h Drak γ Dkev h Dkev γ SATkev h w RAKENNEKERROS VAAHTOLASI GW VAAHTOLASI POHJAMAA VAAHTOLASIN TILAVUUSPAINO VEDELLÄ KYLLÄSTETTYNÄ: γsatkev = γdkev+ n*10 kn/m 3 (= kiintoaineksen paino + huokosissa olevan veden paino) n = Vv/V = 1-( γdkev/ γkevkiinto) = 0,35 γsatkev = 2,6+ 0,35*10 = 6,1 kn/m 3 EUROKOODIN MUKAINEN MITOITUSEHTO: Eurokoodin mukaan nosteen aiheuttaman murtumisen vaara tarkastetaan kokonaistilavuuspainojen perusteella laskettujen voimien perusteella. Murtumisen vaara tarkastetaan rajatilassa UPL. Tarkastus perustuu epäyhtälöön: Gdst;d + Qdst;d < Gstb;d Yhtälössä tarkastetaan, että pystysuorien kaatavien pysyvien (Gdst;d) ja muuttuvien kuormien mitoitusarvojen (Qdst;d ) summa on pienempi tai yhtä suuri kuin vakauttavien pysyvien pystysuorien kuormien mitoitusarvon (Gstb;d). Tarkastellaan kevennyksen pohjan tasoa: Keventeen ja päällysrakenteen painosta aiheutuva alaspäin suuntautuva kokonaisjännitys = sz = hdrak* γdrak + hdkev* γdkev + hw* γsatkev = 0,7*19 + 0,3*2,6 + 1,7*6,1 = 24,45 kpa Vedenpainosta aiheutuva ylöspäin suuntautuva jännitys (huokosvedenpaine) = u = hw* γw = 1,7*10 = 17 kpa Tarkastellaan 1 m 2 alueeseen kohdistuvia voimia => Gdst;d = 17* γdst,d = 17*1,1 = 18,7 kpa

LIITE 1 / 5(5) Gstb;d = 24,45* γstb,d = 24,45 * 0,9 =22,0 kpa Gdst;d < Gstb;d => OK Vastaava kokonaisvarmuus on Fkok = 24,45/17 = 1,44 NOSTEMITOITUS ARKHIMEDEEN LAIN PERUSTEELLA KOKONAISVARMUUSMENE- TELMÄLLÄ: Vaahtolasirakeisiin kohdistuva noste vaikuttaa yksittäisiin rakeisiin. Rakeeseen vaikuttava noste välittyy yläpuoleisiin rakeisiin kontaktipintojen kautta. Täyteen arvoonsa noste kumuloituu vedenpinnassa, josta nostevoima välittyy raekontaktien kautta yläpuoleisiin rakenteisiin. => Tarkastellaan vedenpinnan tasoa: Unoste = 1 = 11,05 kpa (ylöspäin) Nosteen alaisten vaahtolasirakeiden paino: G= 1 = 4,42 kpa (alaspäin) Nosteellinen paino Arkimedeen lain mukaan: G = G-Unoste = = 6,63 kpa 1 Yläpuoleiset rakenteiden paino: sz = hdrak* γdrak + hdkev* γdkev = 0,7*19 + 0,3*2,6 = 14,08 kpa Fkok = 14,08/6,63 = 2,12 Laskettu kokonaisvarmuus poikkeaa yllä Eurokoodin mukaisesti lasketusta kokonaisvarmuustasosta. Ero johtuu siitä, että Eurokoodin mukaisessa mitoituksessa tarkastellaan kevennyksen alapinnan tasoa ja tässä Arkhimedeen lain mukaisessa laskelmassa tarkastellaan vedenpinnan tasoa. Mikäli käytettäisiin samaa tarkastelutasoa, olisivat tulokset samoja. Tarkastelutason valinta ei vaikuta tilanteessa, jossa kokonaisvarmuus on Fkok = 1.

LIITE 2 Vaahtolasimurskeen tilavuus ja tiheys Geotekniikka kirjan s. 80 mukaillen (Rantamäki et al. 2009) Tilavuus Tiheys Massa Painovoima V i V ih V w ρ w m w G w V s ρ s m s = m d G s = G d Yhteensä V ρ m G V = kokonaistilavuus V s = kiinteän lasiaineksen tilavuus V w = huokosissa ja väleissä olevan veden tilavuus V i = näytteessä olevan ilman tilavuus V h = näytteen huokostilavuus V ih = vaahtolasimurskeen huokostilavuus ρ s = kiinteän lasiaineksen kiintotiheys ρ w = veden tiheys Tiheys ρ = ρs + ρw Tilavuus V = V s + V w + V i V h = V w + V ih + V i Massa m = ρ * V m = m d + m w m d = m s = ρ s *V s m w = ρ w * V w Painovoima G = m * g G = γ * V G = G d + G w G d = m d * g G w = m w * g m s = m d = kiinteän lasiaineksen massa = kuivan vaahtolasimurskeen massa m w = näytteessä olevan veden massa G s = G d = kiinteään lasiainekseen = kuivaan vaahtolasimurskeeseen kohdistuva painovoima G w = veteen kohdistuva painovoima m = kiinteän aineksen ja veden yhteismassa

LIITE 3 / 1 (4) Muodonmuutosmoduulit Kimmomoduuli Moduulit ilmaisevat jännityksen ja muodonmuutoksen välisen riippuvuuden. Jännityksen, muodonmuutoksen ja kimmokertoimen välinen yhteys tunnetaan Hooken lakina:, missä ε on suhteellinen muodonmuutos σ on jännitys [kpa] E on kimmomoduuli [kpa] (Ehrola 1996) Hooken laki on voimassa esimerkiksi teräkselle, mutta ei maa-aineksille, sillä niiden käyttäytyminen on voimakkaasti epälineaarista sekä muodonmuutostason että jännitystason suhteen. Maa-aineksille on tavallista, että niiden kuormitus-muodonmuutoskäyttäytyminen voidaan arvioida lineaarisesti kimmoiseksi vain hyvin alhaisella muodonmuutostasolla. Muodonmuutostason noustessa materiaalin jäykkyys alenee ja samalla aina suurempi osa muodonmuutoksesta on plastista, eli palautumatonta. Materiaalissa vallitsevan hydrostaattisen jännitystilan kasvu vaikuttaa myös materiaalin moduulien kasvuun. Todellisuudessa jännitys-muodonmuutoskäyttäytyminen on epälineaarista, mutta se voidaan moduulisuureen muodossa yksinkertaistaen esittää joko tangenttimoduulina tai sekanttimoduulina. Kuvassa 1 on esitetty, kuinka moduulisuure määritetään sekanttimoduulina tai tangenttimoduulina. Kuva 1. Sekanttimoduulin ja tangenttimoduulin määräytymisen ero. Tangenttimoduuli on suora, joka on moduulikäyrän tangentti. Sekanttimoduuli kuvaa tietyssä pisteessä suhdetta (Δσ/Δε) Kuten kuvasta 1 voidaan havaita, tangenttimoduuliarvoa vastaava suora sivuaa havaittua epälineaarista jännitys-muodonmuutosyhteyttä pistemäisesti. Sekanttimoduulin tapauksessa suoraviivainen approksimaatio tehdään jollekin jännitysvälille, jonka ulkopuolella approksimaatio toteutuu paikoin tarkemmin ja paikoin epätarkemmin todellisesta epälineaarisesta käyttäytymisestä riippuen.

LIITE 3 / 2 (4) E-moduuli Kimmomoduuli E on Odemarkin mitoitusmenettelyn yhteydessä käytettävä maa- ja kiviainesten jäykkyyttä kuvaava moduulisuure. E-moduuli on materiaalikohtainen suure, joka on kokemusperäisesti määritetty vastaamaan tavanomaisessa rakenteessa materiaaliin kohdistuvaa jännitys-muodonmuutostilaa. Odemarkin mitoitusmenettelyssä eri rakennekerrosten ja pohjamaan yhteisvaikutus summataan rakenteen kokonaisjäykkyydeksi. Tätä Odemarkin mitoitusmenettelyn avulla määritettyä kokonaisjäykkyyden arvoa kutsutaan yleisesti kantavuudeksi. Levykuormituskokeella mitataan kokeellisesti Odemarkin mitoitusmenettelyä vastaava rakenteen kokonaisjäykkyys. Levykuormituskokeen tuloksista käytetään useimmiten toisen kuormitussyklin yhteydessä mitattua kuormitusta ja painumaa vastaavaa E2-arvoa. Yleensä E2-arvo vastaa paremmin materiaalin todellista käyttäytymistä, sillä suurin palautumaton muodonmuutos on tapahtunut jo E1-arvoa määritettäessä ensimmäisellä kuormitussyklillä. (Ehrola 1996) Kuormitussyklien E1 ja E2 eroavaisuuksia on havainnollistettu kuvassa 2. Kuva 2. Muodonmuutosmoduulin määrittäminen (InfraRYL 2006) Pudotuspainolaite mittaa saman asian kuin levykuormituskoe, mutta impulssimaista lyhytaikaista kuormitusta käyttäen. Eripainoisilla laitteilla maahan mobilisoituva jännitystaso ja muodonmuutostaso ovat erilaisia, joten pudotuspainolaitteella ja levykuormituslaitteella saadut tulokset eivät välttämättä täysin vastaa toisiaan. Jos pudotuspainomittauksen yhteydessä mitataan kuormituslevyn ympäriltä kuormitettavan rakenteen pinnan taipumamuoto, voidaan takaisinlaskentamenettelyillä arvioida rakennekerroskohtaisia moduuliarvoja. Kuvassa 3 on esitetty vasemmalla levykuormituslaitteisto ja oikealla käsikäyttöinen pudotuspainolaite.

LIITE 3 / 3 (4) Kuva 3 Vasemmalla levykuormituslaitteisto (Museovirasto 2013) ja oikealla käsikäyttöinen pudotuspainolaite Loadman (Erkki Oksanen 2011) Resilient-moduuli Mr Resilient-moduuli on maan palautuvaa muodonmuutoskäyttytymistä kuvaava jäykkyysmoduuli. Se kuvaa sitomattomien materiaalien toistuvien kuormitusten jälkeen vakiintunutta kimmoista kuormituskäyttäytymistä ja on niin kutsuttu jäännösmoduuli. Jäännösmoduuli määritellään kuormituspulssin aiheuttaman deviatorisen jännityksen ja muodonmuutoksen palautuvan osan suhteena seuraavan kaavan mukaisesti:, missä Mr on jäännösmoduuli (Ehrola 1996) Δσd on deviatorisen jännityksen vaihteluväli Δεe on palautuva suhteellinen muodonmuutos Toistuvan kuormituksen alaisena maarakennusmateriaalin jännitys-muodonmuutossykli stabiloituu, mikä on esitetty kuvassa 4. Kuva 4. Sitomattoman materiaalin kuormitus-muodonmuutoskäyttäytyminen toistuvan kuormituksen alaisena (Ehrola 1996)

LIITE 3 / 4 (4) Ödometri-moduuli Ödometri-moduuli on kokoonpuristuvuusmoduuli, jolla tarkoitetaan pystysuuntaisen jännityksen ja muodonmuutoksen suhdetta yksisuuntaisessa muodonmuutostilassa. Kokoonpuristuvuusmoduuli voidaan märittää ödometrikokeella, jossa näytteen sivusiirtymät on estetty jäykällä metallirenkaalla. Ödometrikokeessa merkityksellistä on nimenomaan yksiaksiaalinen muodonmuutostila, jolloin kuormitusta vastaan kohtisuorat muodonmuutokset on kokonaan estetty. Kokoonpuristuvuusmoduuli voidaan sekanttimoduulina määrittää kaavalla: (RIL 157-1), missä MS on jännitysväliä Δσ1 vastaava kokoonpuristuvuusmoduuli (sekanttimoduuli) Δε1 on jännitysväliä Δσ1 vastaava muodonmuutos σ1 suunnassa Lähteet: Ehrola, E. 1996. Liikenneväylien rakennesuunnittelun perusteet. Rakennustieto Oy. Helsinki. 357 s. + liit. 6 s. InfraRYL 2006. Infrarakentamisen yleiset laatuvaatimukset. Osa 1 Väylät ja alueet. Rakennustieto Oy. Museovirasto. 2013. levykuormituslaite. [viitattu 4.11.2013] Saatavissa: http://suomenmuseot online.fi/ fi/kuva/mobilia/pv008unl.jpg Oksanen, Erkki. 2011. Metsätutkimuslaitoksen uutiskirje 2011-4 [viitattu 4.11.2013] Saatavissa: http://www.metla. fi/uutiskirje/metpro/2011-4/uutinen-4.html RIL 157-1 Geomekaniikka I. 1985. Rakennustieto Oy.

LIITE 4 KOSTEUSPITOISUUDEN MÄÄRITYS Uusioaines Oy Tuote: FOAMIT 60A Hakupaikka: Kirkkonummi Materiaalin toimitusaika: 5.10.2012 Näytteen hakuaika: 13.5.2013, näyte otettu kaivamalla kasa auki. Kosteus mitattu astioineen ja jaettu kuivausastioihin, tämän jälkeen kuivattu 110 C lämpötilassa ja jäähdytetty vähintään 2 tuntia toistuvasti. NÄYTE #: 1 Punnitus [#] Pvm/Aika Pelti [#] Punnitus [g] Erotus [g] Muutos [%] Kuivaus [h] 0 14.5.2013 8:30 #1 1399,87 0 14.5.2013 8:30 #2 1623,81 1 14.5.2013 12:30 #1 1116,15 283,72 25,420 2 1 #2 1223,44 400,37 32,725 2 2 15.5.2013 8:00 #1 1087,56 28,59 2,629 2 2 #2 1176,75 46,69 3,968 2 3 15.5.2013 12:15 #1 1085,73 1,83 0,169 2 3 #2 1173,62 3,13 0,267 2 4 15.5.2013 16:00 #1 1084,55 1,18 0,109 1 4 #2 1172,75 0,87 0,074 1 Yhteensä: 4 15.5.2013 16:00 #1/#2 766,38 25,346 7 Kosteuspitoisuus 34 % NÄYTE #: 2 Punnitus [#] Pvm/Aika Pelti [#] Punnitus [g] Erotus [g] Muutos [%] Kuivaus [h] 0 15.5.2013 16:30 #1 1406,68 0 0 15.5.2013 16:30 #2 572,64 0 0 15.5.2013 16:30 #3 1501,25 0 1 16.5.2013 8:00 #1 1165,51 241,17 20,692 2 1 #2 436,91 135,73 31,066 2 1 #3 1172,43 328,82 28,046 2 2 16.5.2013 12:15 #1 1158,4 7,11 0,614 2 2 #2 435,69 1,22 0,280 2 2 #3 1163,45 8,98 0,772 2 3 16.5.2013 16:15 #1 1155,83 2,57 0,222 2 3 #2 435,15 0,54 0,124 2 3 #3 1161,64 1,81 0,156 2 4 17.5.2013 7:00 #1 1155,08 0,75 0,065 1 4 #2 435,15 0 0,000 1 4 #3 1161,19 0,45 0,039 1 Yhteensä: 4 17.5.2013 7:00 #1/#2/#3 729,15 20,949 7 Kosteuspitoisuus 27 %

LIITE 5 Vaahtolasimurskeelle tehtävän tiivistyskokeen periaate / P.Kolisoja 10.5.2013 Kokeet tehdään Foamit Oy:n toimittamalle materiaalille TTY:n Rakennustekniikan laitoksen koehallissa. Tiivistyskoe tehdään muuhun tarkoitukseen aiemman valmistetussa, kooltaan noin 1 x 2 m 2 olevassa, pohjaltaan avoimessa teräslaatikossa. Tiivistäminen tehdään 1 kn painoista tärylevyä käyttäen. Tiivistettävän kerroksen kokonaispaksuus on 1 m. Tiivistäminen tapahtuu kerroksen pinnalle asennetun vanerilevyn päältä. Tiivistystyön aiheuttaman vaahtolasimursketta hienontavan vaikutuksen testaamiseksi tiivistettävä kerros jaetaan suodatinkankailla neljään 0,25 m paksuiseen osakerrokseen. Tiivistyskoe tehdään toimituskosteudessa olevalle vaahtolasimurskeelle. Tiivistyskoe toteutetaan seuraavien työvaiheiden mukaisesti: Tiivistyskoelaatikon pohjalle asennetaan suodatinkangas Lisätään ensimmäinen 0,25 m paksuinen osakerros. Kerroksen paksuus määritetään asentamalla kerroksen pinnalle vanerilevy, jonka yläpinnan korkeustaso mitataan useasta pisteestä. Vanerilevy poistetaan ja ensimmäisen osakerroksen pinnalle laitetaan suodatinkangas. Kangas asennetaan hieman löysäksi laskostaen, jotta se vaikuttaisi mahdollisimman vähän kuormien välittymiseen vaahtolasipartikkelilta toiselle. Toinen ja kolmas 0,25 m paksuinen osakerros asennetaan samalla tavoin kuin ensimmäinen. Viimeisen vaahtolasikerroksen päälle ei asenneta suodatinkangasta, mutta toteutunut kerrospaksuus määritetään samalla tavoin kuin muidenkin osakerrosten tapauksessa kerroksen pinnalle asennettavan vanerilevyn päältä mittaamalla. Koko vaahtolasikerrosta tiivistetään vanerilevyn päältä yksi tiivistyskierros tärylevyä käyttäen. Tiivistämisen aiheuttama tiivistyskerroksen pinnan painuma havaitaan vanerilevyn pinnankorkeutta mittaamalla. Vanerilevy poistetaan tilapäisesti ja tiivistetyn kerroksen pinnalta mitataan tiivistetyn materiaalin jäykkyyttä kuvaava moduuliarvo käsikäyttöisellä Loadman pudotuspainolaitteella. Vanerilevy asennetaan takaisin paikoilleen ja tehdään toinen tiivistyskierros. Tämän aiheuttaman tiivistyskerroksen pinnan painuman mittaus sekä Loadman mittaus tehdään samalla tavoin kuin edellä. Sama toistetaan niin monta kertaa kunnes kerros ei enää mainittavasti tiivisty. Kokeen edetessä mittausten välillä voidaan harkinnan mukaan tehdä myös useampikin kuin yksi tiivistyskierros. Ylin osakerros poistetaan ja siinä tapahtunut hienontuminen todetaan jakamalle se manuaalisesti fraktioihin 4, 8 ja 16 mm seulaverkkoja käyttäen. Osakerroksen pohjalla olevan suodatinkankaan pinnalle varisseen hienontuneen aineksen määrä havainnoidaan myös visuaalisesti. Suodatinkangas poistetaan ja toiseksi ylimmän osakerroksen pinnataso mitataan asentamalla jälleen vanerilevy tilapäisesti kerroksen pinnalle korkeusmittausten ajaksi. Toiseksi ylin osakerros poistetaan ja siinä tapahtunut hienontuminen todetaan samalla tavoin kuin ylimmän osakerroksen osalta edellä. Kaiksi alinta osakerrosta poistetaan samalla tavoin.

LIITE 6 /1(2) Tiivistyskoe, 13.-17.6.2013 Näytteen rakentaminen, 13.6.2013 TTY, Rakennushalli Foamit 60A Pohjasta avoin teräslaatikko betonilattialla Pituus 2000 mm Leveys 950 mm Korkeus 1500 mm Rullamitta Würth 5 m Vanerilevy 14 mm Foamit 60A, Poistettu < 18 mm # aines Näytteen massa Laatikko I Kerros II Kerros III Kerros IV Kerros Massa [g] 1 9600 10850 9500 11250 2 8550 8650 8900 9350 3 9300 9850 9000 9500 4 9050 8800 9450 9850 5 10000 9600 9150 9950 6 10250 10500 9050 10100 7 9100 11250 9900 8000 8 8650 7600 9350 9250 9 9300 9200 9700 9300 10 9000 9150 9000 9300 11 8500 10400 9750 10150 12 9300 8300 9300 12050 13 8900 8850 10500-14 - - 8850 - Yhteensä [g]: 119500 123000 131400 118050 Yhteensä [kg]: 119,5 123 131,4 118,05 Kokonaismassa [kg]: 491,95 Syvyys laatikon yläpinnasta vanerin pintaan, 6 mittapistettä (ks. kuva) Mittapiste I Kerros II Kerros III Kerros IV Kerros Korkeus (H) [mm] 1 1174 880 564 273 2 1165 863 550 271 3 1154 849 533 268 4 1145 843 533 262 5 1156 860 548 267 6 1168 874 563 271 KA: 1160 862 549 269 Todellinen KA 1174 876 563 283 Kerrospaksuus [mm]: 326 299 313 280 Kokonaispaksuus [mm]: 1217 Sivu 1 / 2

LIITE 6 /2(2) Kerroksen tilavuus I Kerros II Kerros III Kerros IV Kerros Tilavuus [mm³] 618766667 5,68E+08 594700000 531683333 Tilavuus [m³] 0,62 0,57 0,59 0,53 Kerroksen tiheys I Kerros II Kerros III Kerros IV Kerros Tiivistämätön [kg/m³] 193,13 216,63 220,95 222,03 Mittapisteet Sivu 2 / 2

LIITE 7 Tiivistyskoe, 13.-17.6.2013 Tärytys, 14.6.2013 TTY, Rakennushalli Foamit 60A Jytä-tärylevy Vanerilevy 127,15 kg 14 mm Korkeusmitat vanerilevyn yläpinnasta laatikon yläpintaan Tärytyskierros I II III IV V VI VII VIII IX X klo 9:57 10:18 10:27 10:41 10:53 11:08 11:21 11:40 12:35 12:51 Tärytyksen kesto [s] 18 23 28 25 32 35 33 33 72 58 Mittapisteet 1 312 327 338 350 356 366 372 381 392 400 2 312 329 339 350 357 366 374 380 393 401 3 313 330 338 350 357 365 372 379 391 397 4 312 328 339 349 356 366 370 378 390 396 5 314 329 340 351 359 367 374 381 394 400 6 313 327 340 352 359 369 374 382 394 400 Keskiarvo [mm]: 312,67 328,33 339,00 350,33 357,33 366,50 372,67 380,17 392,33 399,00 tod keskiarvo [mm]: 326,67 342,33 353,00 364,33 371,33 380,50 386,67 394,17 406,33 413,00 koko näytteen korkeus 1173,33 1157,67 1147,00 1135,67 1128,67 1119,50 [mm]: 1113,33 1105,83 1093,67 1087,00 muutos alkup. kork. [mm]: ero edelliseen kierr. [mm]: kork. muutos/aika [mm/s]: kok. muutos/kok. aika [mm/s]: Korkeus [mm] Kaksi tärytyskierrosta 44,00 59,67 70,33 81,67 88,67 97,83 104,00 111,50 123,67 130,33 44,00 15,67 10,67 11,33 7,00 9,17 6,17 7,50 12,17 6,67 2,44 0,68 0,38 0,45 0,22 0,26 0,19 0,23 0,17 0,11 2,44 1,46 1,02 0,87 0,70 0,61 0,54 0,49 0,41 0,37 kumulatiivinen aika [s]: kumulatiivinen kork. muutos [mm]: 18,00 41,00 69,00 94,00 126,00 161,00 194,00 227,00 299,00 357,00 44,00 59,67 70,33 81,67 88,67 97,83 104,00 111,50 123,67 130,33 Kokonaistiivistyminen [mm]: 130,33 Kokonaistiivistyminen [%]: 10,71

LIITE 8 / 1 (4) Tiivistyskoe, 13.-17.6.2013 Pudotuspainolaitemittaus, 13.-14.6.2013 TTY, Rakennushalli Foamit 60A Mittauspisteet Easetus : 130 Massa: 10 kg Kuormituslevy: 200 mm Ennen tiivistystä Mittauspiste 1 2 3 Pudotus I kierroksen jälkeen Mittauspiste 1 2 3 E-moduuli [MN/m2] Painuma [mm] Voima [kn] E1 87 1,49 640 E2 16 > 8,00 790 E3 21 6,17 880 E1 148 0,88 660 E2 18 7,03 850 E3 21 6,19 910 E1 127 1,02 640 E2 19 6,95 860 E3 22 5,89 900 Pudotus E-moduuli [MN/m2] Painuma [mm] Voima [kn] E1 15 > 8,00 670 E2 25 5,1 980 E3 28 4,71 980 E1 17 7,44 770 E2 27 4,89 1070 E3 31 4,26 1060 E1 15 > 8,00 700 E2 25 5,14 960 E3 27 4,8 990 II kierroksen jälkeen Mittauspiste 1 2 3 Pudotus E-moduuli [MN/m2] Painuma [mm] Voima [kn] E1 18 7,07 760 E2 29 4,43 1070 E3 32 4,01 1060 E1 20 6,48 820 E2 31 4,14 1050 E3 20 6,56 730 levyä siirretty kesken mittaussarjan E1 17 7,65 730 E2 27 4,87 980 E3 29 4,48 1000 Sivu 1 / 4

LIITE 8 / 2 (4) III kierroksen jälkeen Mittauspiste 1 2 3 Pudotus E-moduuli [MN/m2] Painuma [mm] Voima [kn] E1 22 5,91 900 E2 31 4,14 1120 E3 36 3,62 1130 E1 24 5,5 880 E2 34 3,83 1120 E3 37 3,48 1100 E1 21 6,31 770 E2 33 3,99 1090 E3 35 3,7 1110 IV kierroksen jälkeen Mittauspiste 1 2 3 Pudotus E-moduuli [MN/m2] Painuma [mm] Voima [kn] E1 23 5,75 830 E2 34 3,8 1140 E3 37 3,55 1120 E1 26 5 930 E2 35 3,69 1170 E3 39 3,37 1140 E1 20 6,41 790 E2 33 3,89 1150 E3 39 3,37 1150 V kierroksen jälkeen Mittauspiste 1 2 3 Pudotus E-moduuli [MN/m2] Painuma [mm] Voima [kn] E1 28 4,63 960 E2 37 3,56 1180 E3 37 3,48 1170 E1 30 4,3 1020 E2 37 3,5 1190 E3 40 3,29 1170 E1 25 5,19 930 E2 38 3,46 1250 E3 41 3,18 1220 Sivu 2 / 4

LIITE 8 / 3 (4) VI kierroksen jälkeen Mittauspiste 1 2 3 Pudotus E-moduuli [MN/m2] Painuma [mm] Voima [kn] E1 29 4,44 1000 E2 38 3,43 1190 E3 40 3,22 1200 E1 32 4,06 1050 E2 41 3,16 1190 E3 43 3,03 1220 E1 28 4,65 920 E2 40 3,23 1190 E3 42 3,09 1220 VII kierroksen jälkeen Mittauspiste 1 2 3 Pudotus E-moduuli [MN/m2] Painuma [mm] Voima [kn] E1 33 3,99 1070 E2 38 3,44 1190 E3 40 3,28 1200 E1 34 3,81 1080 E2 43 3,05 1280 E3 44 2,95 1240 E1 30 4,29 1020 E2 41 3,2 1280 E3 42 3,07 1290 VIII kierroksen jälkeen Mittauspiste 1 2 3 Pudotus E-moduuli [MN/m2] Painuma [mm] Voima [kn] E1 31 4,22 1030 E2 42 3,09 1280 E3 44 2,97 1280 E1 37 3,56 1180 E2 45 2,89 1310 E3 46 2,81 1300 E1 33 3,99 1010 E2 42 3,11 1240 E3 43 3,05 1260 Sivu 3 / 4

LIITE 8 / 4 (4) IX jälkeen (2 tärytyskierrosta) E-moduuli Mittauspiste Pudotus [MN/m2] 1 2 3 Painuma [mm] Voima [kn] E1 34 3,78 1050 E2 44 2,96 1280 E3 43 2,99 1280 E1 40 3,29 1150 E2 45 2,9 1240 E3 46 2,82 1240 E1 41 3,16 1180 E2 51 2,57 1350 E3 52 2,52 1350 X jälkeen (2 tärytyskierrosta) E-moduuli Mittauspiste Pudotus [MN/m2] 1 2 3 Painuma [mm] Voima [kn] E1 38 3,41 1120 E2 45 2,87 1310 E3 47 2,78 1300 E1 41 3,15 1150 E2 50 2,59 1320 E3 51 2,53 1290 E1 39 3,33 1160 E2 51 2,57 1340 E3 51 2,55 1380 E4 55 2,36 1300 E5 51 2,54 1320 E6 51 2,53 1340 Sivu 4 / 4

LIITE 9 Tiivistyskoe, 13.-17.6.2013 Näytteen purku, 14.-17.6.2013 TTY, Rakennushalli Foamit 60A Vaneri 14 mm Korkeusmitat kerroksen yläpinnasta vanerin päältä laatikon yläreunaan Korkeusmittaus I kerros II kerros III kerros IV kerros Korkeus [mm] 1 1178 896 608 400 2 1174 880 595 401 3 1168 868 581 397 4 1158 860 580 396 5 1166 876 595 400 6 1173 893 610 400 KA 1169,50 878,83 594,83 399 tod 1183,50 892,83 608,83 413 Seulonta I kerros II kerros III kerros IV kerros Massa [g] alle 4 mm 720 1550 2750 3310 4-8 mm 45 125 115 140 8-18 mm 615 470 540 585 alle 18 mm 1380 2145 3405 4035 Koko kerroksen materiaalista seulan läpäisi [%] Seula [mm] I kerros II kerros III kerros IV kerros 18 1,15 % 1,74 % 2,59 % 3,42 % 8 0,04 % 0,10 % 0,09 % 0,12 % 4 0,60 % 1,26 % 2,09 % 2,80 % < 18 mm # aines [g]: 1380 2145 3405 4035 hienontuminen [%]: 1,15 1,74 2,59 3,42 Kerroksen yläpinnan muutos [mm]: -9,17-17,33-46,33-130,33 Kerrospaksuuden muutos [mm]: -9,17-8,17-29,00-84,00 Kerrospaksuuden muutos [%]: 2,81 2,73 9,27 30,02 Kerroksen uusi tilavuus [m³]: 0,60 0,55 0,54 0,37 Kerroksen uusi tiheys [kg/m³]: 198,72 222,72 243,51 317,27 Tiheyden muutos [%]: 2,81 2,73 9,27 30,02

LIITE 10 / 1 (4) Kolmiaksiaalikoenäytteiden mitat ja tiedot 18.-23.7.2013 TTY, Rakennushalli Foamit 60A 20 kpa Tiivistys yhdessä kerroksessa, tiivistystyö 5 x 1 sek kumin paksuus 2 mm kumin paksuus 2 mm ENNEN KOETTA KOKEEN JÄLKEEN MUUTOS Korkeusasema Korkeus- Piiri Halkaisija asema Piiri Halkaisija Piiri Halkaisija [cm] [mm] [mm] [cm] [mm] [mm] [mm] [mm] 49 945 296,8 47 948 297,8 3,0 1,0 40 938 294,6 38,5 946 297,1 8,0 2,5 29 937 294,3 28 949 298,1 12,0 3,8 21 927 291,1 20 944 296,5 17,0 5,4 12 908 285,0 12 938 294,6 30,0 9,5 6 920 288,8 6 926 290,8 6,0 1,9 Keskiarvo 929,2 291,8 Keskiarvo 941,8 295,8 Keskiarvo 12,7 4,0 Korkeus [mm] 561 Korkeus [mm] 531 Halkaisijan muutos [%] 1,38 Tilavuus [cm³] 37507 Tilavuus [cm³] 36489 Korkeuden muutos [mm] 30 Massa, ennen koetta [g] 9607 Massa, ennen koetta [g] 9607 Korkeuden muutos [%] 5,35 Tiheys [kg/m³] 256 Tiheys [kg/m³] Kokeen jälkeen talteen 263 saatu massa [g] 9372 Kokeen jälkeen talteen saatu kuiva massa [g] Kokeen jälkeen talteen 8503 saatu kuiva massa [g] 8503 Vesipitoisuus [%] 13,0 Vesipitoisuus [%] 10,2 Kuivairtotiheys [kg/m³] 227 Kuivairtotiheys [kg/m³] 233 Sullontamuotissa laskettuna Sullontamuotissa laskettuna Korkeus [mm] 551 Korkeus [mm] 551 Tilavuus [cm³] 38948 Tilavuus [cm³] 38948 Massa, ennen koetta [g] 9607 Massa, kokeen jälkeen [g] 9371,6 Tiheys, kokeen jälkeen Tiheys [kg/m³] 247 [kg/m³] 241 Kokeen jälkeen talteen saatu kuiva massa [g] 8503 Kuivairtotiheys [kg/m³] 218

LIITE 10 / 2 (4) 40 kpa Tiivistys kolmessa kerroksessa, tiivistystyö 3 x 1 sek /kerros Kumin paksuus 1,5 mm Kumin paksuus 1,5 mm ENNEN KOETTA KOKEEN JÄLKEEN MUUTOS Korkeusasema Korkeus- Piiri Halkaisija asema Piiri Halkaisija Piiri Halkaisija [cm] [mm] [mm] [cm] [mm] [mm] [mm] [mm] 54 928 292,4 52 934 293,3 6,0 0,9 44 934 294,3 42 939 294,9 5,0 0,6 34 940 296,2 33 948 297,8 8,0 1,5 29 933 294,0 28 944 296,5 11,0 2,5 24 936 294,9 23 936 293,9 0,0-1,0 14 938 295,6 13,5 943 296,2 5,0 0,6 6 932 293,7 6 932 293,7 0,0 0,0 Keskiarvo 934,4 294,4 Keskiarvo 939,4 295,2 Keskiarvo 5,0 0,7 Korkeus [mm] 600 Korkeus [mm] 568 Halkaisijan muutos [%] 0,25 Tilavuus [cm³] 40853 Tilavuus [cm³] 38868 Korkeuden muutos [mm] 32 Massa, ennen koetta [g] 10115 Massa, ennen koetta [g] 10115 Korkeuden muutos [%] 5,33 Tiheys [kg/m³] 248 Tiheys [kg/m³] 260 Kokeen jälkeen talteen saatu kuiva massa [g] Kokeen jälkeen talteen saatu massa [g] Kokeen jälkeen talteen 10056,5 9296,6 saatu kuiva massa [g] 9296,6 Vesipitoisuus [%] 8,8 Vesipitoisuus [%] 8,2 Kuivairtotiheys [kg/m³] 228 Kuivairtotiheys [kg/m³] 239 Sullontamuotissa laskettuna Sullontamuotissa laskettuna Korkeus [mm] 591 Korkeus [mm] 591 Tilavuus [cm³] 41775 Tilavuus [cm³] 41775 Massa, ennen koetta [g] 10115 Massa, kokeen jälkeen [g] 10056,5 Tiheys [kg/m³] 242 Tiheys, kokeen jälkeen 241 Kokeen jälkeen talteen saatu kuiva massa [g] 9296,6 Kuivairtotiheys [kg/m³] 223

LIITE 10 / 3 (4) 80 kpa Tiivistys kolmessa kerroksessa, tiivistystyö 3 x 1 sek /kerros Kumin paksuus 2 mm Kumin paksuus 2 mm ENNEN KOETTA KOKEEN JÄLKEEN MUUTOS Korkeusasema Korkeus- Piiri Halkaisija asema Piiri Halkaisija Piiri Halkaisija [cm] [mm] [mm] [cm] [mm] [mm] [mm] [mm] 54 943 296,2 52 941 295,5-2,0-0,6 44 928 291,4 41,5 920 288,8-8,0-2,5 34 948 297,8 32 943 296,2-5,0-1,6 29 946 297,1 27,5 943 296,2-3,0-1,0 24 930 292,0 23 927 291,1-3,0-1,0 14 944 296,5 12,5 939 294,9-5,0-1,6 6 943 296,2 6 930 292,0-13,0-4,1 Keskiarvo 940,3 295,3 Keskiarvo 934,7 293,5 Keskiarvo -5,6-1,8 Korkeus [mm] 604 Korkeus [mm] 572 Halkaisijan muutos [%] -0,60 Tilavuus [cm³] 41368 Tilavuus [cm³] 38707 Korkeuden muutos [mm] 32 Massa, ennen koetta [g] 10050 Massa, ennen koetta [g] 10050 Korkeuden muutos [%] 5,30 Tiheys [kg/m³] 243 Kokeen Tiheys [kg/m³] jälkeen talteen saatu massa [g] 260 10011,5 Kokeen jälkeen talteen saatu kuiva massa [g] Kokeen jälkeen talteen 9568,1 saatu kuiva massa [g] 9568,1 Vesipitoisuus [%] 5,0 Vesipitoisuus [%] 4,6 Kuivairtotiheys [kg/m³] 231 Kuivairtotiheys [kg/m³] 247 Sullontamuotissa laskettuna Sullontamuotissa laskettuna Korkeus [mm] 596 Korkeus [mm] 596 Tilavuus [cm³] 42129 Tilavuus [cm³] 42129 Massa, ennen koetta [g] 10050 Massa, kokeen jälkeen [g] 10011,5 Tiheys [kg/m³] 239 Tiheys, kokeen jälkeen 238 Kokeen jälkeen talteen saatu kuiva massa [g] 9568,1 Kuivairtotiheys [kg/m³] 227

LIITE 10 / 4 (4) Sullonta Massa [g] 10928 saatu massa [g] 10849,4 Sullonnan jälkeen talteen saatu kuiva massa [g] Kokeen jälkeen talteen Sullonnan jälkeen talteen 10418,2 saatu kuiva massa [g] 10418,2 Vesipitoisuus [%] 4,9 Vesipitoisuus [%] 4,1 Sullontamuotissa laskettuna Korkeus [mm] 668 Korkeus [mm] 668 Tilavuus [cm³] 47218 Tilavuus [cm³] 47218 Kokeen jälkeen talteen Massa [g] 10928 saatu massa [g] 10849,4 Tiheys [kg/cm³] 231 Tiheys [kg/cm³] 230 Kokeen jälkeen talteen saatu kuiva massa [g] 10418,2 Kuivairtotiheys [kg/m³] 221

TAMPEREEN TEKNILLINEN YLIOPISTO RAKENNUSTEKNIIKAN OSASTO MAA- JA POHJARAKENTEET RAKEISUUSMÄÄRITYS Kolmiaksiaalikokeet Näytteen jakaminen: LIITE 11 / 1 (2) Yläosa 1/3 SEULASARJA NÄYTE TUTKI 454 34/RL (31,5-63,0mm) ja 454/31 (2,0-16,0mm) H272 Kuivaseulontojen koonti 12.8.2013 NL Alaosa 2/3 LÄPÄISY (%) Seula (mm) Sullontakoe 20 kpa Yläosa 1/3 20 kpa Alaosa 2/3 20 kpa Yhdistetyt tulokset 40 kpa Yläosa 1/3 40 kpa Alaosa 2/3 40 kpa Yhdistetyt tulokset 80 kpa Yläosa 1/3 80 kpa Alaosa 2/3 80 kpa Yhdistetyt tulokset 63 99,5 100 100 100 100 100 100 100 100 100 31,5 27,0 27,5 31,0 29,8 19,6 34,1 29,0 25,0 34,7 31,3 16 3,1 2,3 4,3 3,6 1,9 6,0 4,5 3,2 7,2 5,8 8 2,5 1,6 2,6 2,3 1,0 3,3 2,5 1,4 3,7 2,9 4 2,4 1,5 2,1 1,9 1,0 2,5 1,9 1,2 2,3 2,0 2 2,3 1,5 1,9 1,8 1,0 2,3 1,8 1,2 2,0 1,8 1 2,3 1,5 1,9 1,8 1,0 2,3 1,8 1,2 2,0 1,8 L Ä P Ä I S Y % 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 1 Kolmiaksiaalikokeet, Sullontakoe 2 4 8 16 31,5 63 1 10 100 RAEKOKO (mm) Sullonta-koe L Ä P Ä I S Y % 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 1 Kolmiaksiaalikokeet, 20 kpa 2 4 8 16 31,5 63 1 10 100 RAEKOKO (mm) 20 kpa Yläosa 1/3 20 kpa Alaosa 2/3 20 kpa Yhdistetyt tulokset

LIITE 11 / 2 (2) L Ä P Ä I S Y % 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 1 Kolmiaksiaalikokeet, 40 kpa 2 4 8 16 31,5 63 1 10 100 RAEKOKO (mm) 40 kpa Yläosa 1/3 40 kpa Alaosa 2/3 40 kpa Yhdistetyt tulokset L Ä P Ä I S Y % 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 100 90 L 80 Ä 70 P 60 Ä 50 I S 40 Y 30 20 % 10 0 1 Kolmiaksiaalikokeet, 80 kpa 2 4 8 16 31,5 63 1 10 100 RAEKOKO (mm) 80 kpa Yläosa 1/3 80 kpa Alaosa 2/3 80 kpa Yhdistetyt tulokset 1 Kolmiaksiaalikokeet, Yhdistetty 2 4 8 16 31,5 63 1 10 RAEKOKO (mm) 100 20 kpa Yhdistetyt tulokset 40 kpa Yhdistetyt tulokset 80 kpa Yhdistetyt tulokset Sullonta-koe

LIITE 12 / 1 (4) TÄYDENNYS Täydennys ohjeeseen Kevennysrakenteiden suunnittelu, Liikenneviraston ohjeita 5/2010 7.1 Vaahtolasimurske Vaahtolasimurske valmistetaan murskatusta keräyslasista, joka jauhatuksen jälkeen paisutetaan vaahdotusagentin ja kuumennuksen avulla noin viisinkertaiseksi alkuperäisestä tilavuudesta. Vaahtolasimurskeella on kulmikas raemuoto, jonka huokoinen koostumus sisältää noin 8%-til. lasia ja noin 92%-til. ilmaa. Vaahtolasimursketta voidaan käyttää kevennysmateriaalina maarakentamisessa. Muita sovelluksia ovat routaeristeet ja kuivatusrakenteet. Vaahtolasimurskeen lyhenteenä käytetään VaM. Vaahtolasimurskeen teknisiä ominaisuuksia on esitetty taulukossa 5.

LIITE 12 / 2 (4) Taulukko 5. Arvot soveltuvatt vaahtolasimurskeelle Foamit 60. Muiden vaahtolasituotteiden arvot saattavat poiketa esitetyistä. Taulukossa esitettyjä arvoja voidaan soveltaa Ominaisuus Vaahtolasin arvo Huomioitavaa Rakeisuusalue 11/63 mm InfraRYL:n (EN 13055-2) mukaan alilajitteen määrä saa olla 15% ja ylilajitteen 10%. Koska vaahtolasin alilajite on pölyä, on suunnitelmassa tarvittaessa esitettävä tulee esittää alilajitteen enimmäismäärä ennen levitystä, esimerkiksi 5%. Kiintotiheys (kuiva), ρ s noin 400 kg/ m 3 Kuivatilavuuspaino, γ d 2,2 2,8 kn/m 3 Kun vaahtolasi on tiivistetty rakenteeseen, jolloin tiivistymiskerroin 1,1 1,3. Vaahtolasitäytön tilavuuspaino, γ (ei käytettä nostemitoituksessa) Leikkauskestävyyskulma Lepopainekerroin K 0 E-moduuli, E 2 Resilient-moduuli, M r Sekanttimoduuli, E 50 Lämmönjohtavuus 3,5 kn/m 3 6,0 kn/m 3 10 kn/m 3 40 45 0,35 50 MPa 80 MPa 40 MPa 0,15 0,23 W/mK Maarakenteessa, jossa on toimiva kuivatus. Maarakenne ajoittain veden alla, enintään 1 kk ajan. Maarakenne pitkäaikaisesti veden alla (>1 vuosi). Kuormituksen alaisena rakeet pyöristyvät ja rikkoutuvat. Jos hienoneminen on merkittävää, leikkauskestävyyskulma alenee ja se huomioidaan suunnittelussa. Esitettyä arvoa käytetään maanpaineen laskennassa, kun vaikutus on kuormittava. Jos vaikutus on vakauttava, on lepopainekerroin pienempi (noin 0,10). Päällysrakennemitoituksessa käytettävä arvo (Odemarkin menetelmä). Materiaalia tiivistetty >15% (kuivatilavuuspaino noin 2,3 kn/m 3 ). Jos tiivistys on vähäisempää, on moduuli alhaisempi Vaihetelu: kostea kyllästynyt materiaali Kapillaarinen nousukorkeus 200 mm ph 10 HUOMAUTUS Taulukossa esitettyjä arvoja voidaan soveltaa, kun vaahtolasikerrosta tiivistetty levityksen jälkeen >15% kerrokseen kohdistuva kokonaispystykuormitus σv 75 kpa, jota määritettäessä syklinen kuorma huomioidaan 1,5 kertaisena

LIITE 12 / 3 (4) Vaahtolasin lujuus- ja muodonmuutos parametrit riippuvat voimakkaasti jännitystasos- ta (kuva X), mikä on huomioitavaa rakenteiden suunnittelussa. Kuva X: Vaahtolasin käyttäytyminen staattisessa kolmiaksiaaliskokeessa, jossa kuor- mitussyklejä oli kolme - Vaahtolasikerroksen etäisyys tienpinnasta Tierakenteissa rakennepaksuuksien minimietäisyys on KevennysrakK kenteiden suunnit- ylittää teluohjeen mukainen (LO 5/2010) kappaleen 3.7 mukainen. Vaahtolasi tie- ja ratarakenteissaa Tie- ja ratarakenteissa vaahtolasikerroksen pintaan vaikuttava kuormitus ei saa 75 kpa, jota määritettäessä syklinen kuormitus, kuten ajoneuvo a tai junakuorma, huo- (esimerkiksi tela-alustainen työkone, jonka pohjapaine 30 503 kpa) ). Telakoneella tii- mioidaan 1,5 kertaisena. Tiivistyss Vaahtolasi voidaan tiivistää kosteana tai kuivana. Vaahtolasikerroksen esitiivistämisessä käytettään tavanomaista maarakennuskalustoa vistäminen tehdään siirtyen puolitelan leveyttä kerrallaan. Ylityskertojen määrä > 4 kertaa. Esitiivistys on riittävä, kun pinta on tasainen jaa teloista ei jää painumajälkiä vaahtolasikerroksen pintaan. Esitiivistys vaahtolasin päältä tulee tehdä huolellisesti, että kerroksesta tulee tasainen. Esitiivistykseen voi myös käyttäää tärylevyä ( 150-200 kg). Tiivistämisessä ylityskertojen määrä on 4. Jos kyseessä on hyvin pehmeä tai hyvin häiriintymisherkkä pohjamaa, tulee tiivistäminenn tehdä tärylevyllä. Esitiivistyksen jälkeen voidaan havaita vähäistä rakeiden rikkoutumista kerroksenpin- nassa, mistä ei kuitenkaan ole haittaa rakenteen toimivuudelle. Kerrallaa tiivistettävän kerroksen enimmäispaksuus on 0, 6 m, jos tiivistys tehdään telaalustaisella työkoneella. Jos tiivistys tehdään tärylevyllä, on enimmäispaksuus 0,4 m. Varsinainen tiivistys tehdään 150 200 mm paksun murskekerroksenn päältä käyttäen

LIITE 12 / 4 (4) täryjyrää (1- tai 2-valssinen). Valssijyrän maksimi paino on 5 tonnia. Ylistyskertojen määrä on 4. kpl. Tiivistäminen täryvalssijyrällä suoraan vaahtolasikerroksen päältä ei ole sallittua. Korrosioiva vaikutus Vaahtolasikerroksessa korroosio-ominaisuuksia voidaan pitää tavanomaisina ja vaahtolasitäyttö vastaa ei-aggressiivista ja homogeenista täyttömaata. Vaahtolasin ja sinkityn rakenteen välissä käytetään suodatinkangasta (N3 tai N4).

ISSN-L 1798-6656 ISSN 1798-6664 ISbN 978-952-255-432-1 www.liikennevirasto.fi